Переход от невозобновляемой к возобновляемой энергии — это то, что происходит во всем мире из-за напряжения, которое ископаемое топливо оказывает на планету. Солнечные панели являются одним из наиболее распространенных вариантов, потому что они маленькие, их легко изготовить (например, по сравнению с гидроэлектростанцией), и каждый день в мир попадает много солнечного света, который можно использовать. Чтобы удовлетворить потребности в энергии, ученые стремятся сделать солнечные элементы более эффективными, чтобы из того же количества солнечного света можно было генерировать больше электроэнергии.
Тем не менее, существует очень много материалов, которые можно использовать для этих соединений, поэтому ученые начали делать три вещи с точки зрения композиции.
Во-первых, они начали использовать специальные наноматериалы, которые могут выполнять ту же функцию, что и существующие материалы, причем основным примером является графен.
Во-вторых, они взяли существующие полупроводниковые соединительные материалы, такие как легированный кремний, теллурид кадмия (CdTe) и арсенид галлия (GaAs), и превратили их в тонкие пленки.
Третий пример состоит в том, что оба вышеуказанных материала были установлены рядом с квантовыми точками для усиления фотонопоглощающих свойств солнечных элементов.
Все вышеприведенные примеры, будь то новые примеры или существующие материалы, используют тонкие пленки. В настоящее время тонкопленочные солнечные элементы не так эффективны по своей природе, как другие солнечные элементы, но их можно использовать в сценариях, где другие солнечные элементы не могут и могут использоваться вместе с обычными солнечными батареями для обеспечения большего количества электроэнергии. Может также случиться так, что их эффективность станет такой же высокой, как и в будущем.
Естественно, одним из ключевых преимуществ является то, что при использовании более мелких активных материалов толщина солнечного элемента может быть уменьшена. Для многих тонких материалов и наноматериалов они имеют гораздо более высокую электропроводность, подвижность носителей заряда и относительную площадь активной поверхности, чем их объемные аналоги, поэтому тонкопленочные солнечные элементы могут быть намного меньше, но при этом обеспечивать достаточно высокую эффективность для функционирования.
Другие преимущества включают гораздо более низкую выработку углерода в процессе производства, потому что требуется не так много материалов по сравнению с традиционными солнечными батареями. С точки зрения эксплуатационных преимуществ, тонкопленочные солнечные элементы работают намного лучше в условиях низкой освещенности и иногда могут использоваться в затененных областях. Это связано с тем, что многие тонкопленочные солнечные элементы способны поглощать волны различной длины вдоль электромагнитного спектра, например, ультрафиолетового излучения, а не только красный свет, как в обычных солнечных панелях.
Это, наряду с их совместимостью, также означает, что они более эффективны при экстремальных углах солнечного света по сравнению с обычными солнечными элементами. Некоторые из других эксплуатационных преимуществ включают лучшую стойкость к повышению температуры, лучшие прочные свойства и более низкую скорость снижения эффективности при высоких температурах, чем у обычных более объемных солнечных панелей.
Помимо ваших обычных материалов, использование тонких пленок также распространяется на использование тонкопленочных органических материалов.
Хотя известно, что эти солнечные элементы имеют гораздо меньшую эффективность, они часто являются гибкими и, в некоторых случаях, пригодными для печати. Это означает, что они могут быть установлены на сложной геометрии, где обычные солнечные элементы не могут быть установлены. Таким образом, хотя они не вырабатывают наибольшее количество электроэнергии, они предлагают способ производства некоторого количества электричества, которое иначе было бы невозможным. Их также можно использовать для питания небольших устройств, например, тех, которые видны на одежде.
Были разработаны некоторые солнечные панели, которые полностью прозрачны. Опять же, эффективность не так высока, но один из ключевых трюков с этими панелями заключается в том, что под панелью можно разместить зеркало. Таким образом, с этими панелями солнечный свет проходит через панели, генерируя электричество, а затем свет отражается от зеркала и проходит через солнечную панель во второй раз, снова генерируя электричество. Это означает, что, хотя эффективность на один фотон не так высока, они могут использовать одни и те же солнечные лучи более одного раза, что приводит к хорошей общей эффективности.