Solárne články sú typom fotoelektrického prvku, ktorý dokáže premieňať energiu. Ich základná štruktúra je tvorená kombináciou polovodičov typu P a N. Najzákladnejším materiálom polovodičov je „kremík“, ktorý je nevodivý. Ak sa však do polovodičov pridajú rôzne nečistoty, možno vyrobiť polovodiče typu P a N. Potom sa použije potenciálny rozdiel medzi polovodičom typu P s dierou (polovodič typu P nemá záporne nabitý elektrón, čo možno považovať za dodatočný kladný náboj) a polovodičom typu N s dodatočným voľným elektrónom. generovať prúd. Preto, keď svieti slnečné svetlo, svetelná energia excituje elektróny v atómoch kremíka a vytvára konvekciu elektrónov a dier. Tieto elektróny a diery sú ovplyvnené vstavaným potenciálom a sú priťahované polovodičmi typu N a typu P a zhromažďujú sa na oboch koncoch. V tomto čase, ak je vonkajšok spojený s elektródami na vytvorenie obvodu, je to princíp výroby energie solárnych článkov.
Solárne články možno rozdeliť do dvoch kategórií podľa ich kryštálového stavu: kryštalický tenkovrstvový typ a nekryštalický tenkovrstvový typ (ďalej len a-), pričom prvé sa ďalej delia na monokryštálový typ a polykryštalický typ.
Podľa materiálu ich možno rozdeliť na typ silikónového tenkého filmu, typ zloženého polovodičového tenkého filmu a typ organického filmu a typ zloženého polovodičového tenkého filmu sa ďalej delí na nekryštalický typ (a-Si:H, a-Si: H:F, a-SixGel-x:H atď.), Skupina IIIV (GaAs, InP atď.), Skupina IIVI (séria Cds) a fosfid zinočnatý (Zn3p2) atď.
Podľa rôznych použitých materiálov možno solárne články rozdeliť aj na: kremíkové solárne články, viaczložkové tenkovrstvové solárne články, polymérové viacvrstvové modifikované elektródové solárne články, nanokryštalické solárne články, organické solárne články, plastové solárne články, medzi ktoré patria kremíkové solárne články bunky sú najzrelšie a dominujú v aplikáciách.
1. Kremíkové solárne články
Kremíkové solárne články sú rozdelené do troch typov: monokryštálové kremíkové solárne články, polykryštalické kremíkové tenkovrstvové solárne články a amorfné kremíkové tenkovrstvové solárne články.
(1) Monokryštálové kremíkové solárne články majú najvyššiu účinnosť konverzie a najvyspelejšiu technológiu. Najvyššia účinnosť konverzie v laboratóriu je 24,7 % a účinnosť vo veľkovýrobe je 15 % (od roku 2011 je to 18 %). Stále zaujíma dominantné postavenie vo veľkých aplikáciách a priemyselnej výrobe, ale vzhľadom na vysoké náklady na monokryštalický kremík je ťažké výrazne znížiť jeho cenu. Aby sa ušetrili kremíkové materiály, boli vyvinuté tenké vrstvy polykryštalického kremíka a tenké vrstvy amorfného kremíka ako alternatívy k solárnym článkom z monokryštalického kremíka.
(2) V porovnaní s monokryštalickým kremíkom sú polykryštalické kremíkové tenkovrstvové solárne články lacnejšie a efektívnejšie ako amorfné kremíkové tenkovrstvové články. Jeho najvyššia účinnosť laboratórnej konverzie je 18 % a účinnosť konverzie priemyselnej výroby je 10 % (od roku 2011 je to 17 %). Polykryštalické kremíkové tenkovrstvové články preto čoskoro zaujmú dominantné postavenie na trhu solárnych článkov.
(3) Tenkovrstvové solárne články z amorfného kremíka majú nízku cenu a nízku hmotnosť, majú vysokú účinnosť konverzie, ľahko sa vyrábajú vo veľkom a majú veľký potenciál. Avšak vzhľadom na efekt poklesu fotoelektrickej účinnosti spôsobený jeho materiálom, jeho stabilita nie je vysoká, čo priamo ovplyvňuje jeho praktické použitie. Ak sa podarí ďalej vyriešiť problém stability a zlepšiť problém miery konverzie, potom budú amorfné kremíkové solárne články nepochybne jedným z hlavných vývojových produktov solárnych článkov.
2. Kryštalické tenkovrstvové solárne články
Polykryštalické tenkovrstvové články Tenkovrstvové polykryštalické články zo sulfidu kademnatého a teluridu kadmia sú efektívnejšie ako tenkovrstvové solárne články z amorfného kremíka, lacnejšie ako monokryštalické kremíkové články a ľahko sa vyrábajú vo veľkom. Kadmium je však vysoko toxické a spôsobí vážne znečistenie životného prostredia. Preto nie je najideálnejšou alternatívou ku kryštalickým kremíkovým solárnym článkom.
Účinnosť konverzie článkov obsahujúcich arzenid gália (GaAs) III-V môže dosiahnuť 28 %. Zložené materiály GaAs majú veľmi ideálnu optickú medzeru v pásme a vysokú absorpčnú účinnosť, silnú odolnosť voči žiareniu a sú necitlivé na teplo. Sú vhodné na výrobu vysoko účinných jednoprechodových článkov. Cena GaAs materiálov je však vysoká, čo značne obmedzuje popularitu GaAs článkov.
Tenkovrstvové články selenidu medi a india (skrátene CIS) sú vhodné na fotoelektrickú konverziu, nemajú problém so svetlom indukovanej degradácie a majú rovnakú účinnosť konverzie ako polykryštalický kremík. S výhodami nízkej ceny, dobrého výkonu a jednoduchého procesu sa stane dôležitým smerom pre vývoj solárnych článkov v budúcnosti. Jediným problémom je zdroj materiálu. Keďže indium a selén sú pomerne vzácne prvky, vývoj tohto typu batérií je nevyhnutne obmedzený.
3. Organické polymérové solárne články
Nahradenie anorganických materiálov organickými polymérmi je novo vyvinutý smer výskumu pre výrobu solárnych článkov. Vďaka výhodám dobrej flexibility, ľahkej výroby, širokým materiálovým zdrojom a nízkym nákladom na organické materiály má veľký význam rozsiahle využívanie slnečnej energie a poskytovanie lacnej elektriny. Výskum prípravy solárnych článkov s organickými materiálmi sa však práve začal. Či sa z neho môže vyvinúť produkt s praktickým významom, je potrebné ďalej študovať a skúmať.
4. Nanokryštalické solárne články
Nanokryštalické solárne články sú novo vyvinuté. Ich výhodou je nízka cena, jednoduchý proces a stabilný výkon. Ich fotoelektrická účinnosť je stabilná na úrovni viac ako 10 % a výrobné náklady sú iba 1/5 až 1/10 nákladov na výrobu kremíkových solárnych článkov. Životnosť môže dosiahnuť viac ako 20 rokov. Výskum a vývoj takýchto batérií sa práve rozbehol a v blízkej budúcnosti sa postupne dostanú na trh.