Preview

Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ

Расширенный поиск

Солнечные элементы: современное состояние и перспективы развития

https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-2-105-123

Полный текст:

Аннотация

. Проанализированы основные тенденции развития мирового рынка солнечной фотоэнергетики за последние несколько лет. Показано, что она является одной из самых быстроразвивающихся среди отраслей возобновляемой энергетики и современной промышленности в целом. Очевидно, что себестоимость производимой солнечной энергии стремительно приближается к цене за электроэнергию, генерируемую традиционными методами на АЭС и ТЭС. Отмечены аспекты развития эффективности современных исследовательских солнечных элементов, изготовленных из различных материалов, использующих инновационные технологические решения на основе данных, предоставленных Национальной лабораторией по возобновляемой энергетике (NREL, США) в 2017 г. Для удобства анализа исследовательские солнечные элементы разделены на четыре технологические группы. Рассмотрены преимущества и недостатки солнечных элементов в отдельности по каждой взятой группе, включая особенности их производства и перспективы развития, оценена максимальная эффективность за 2017 г. Возможной альтернативой перспективного развития современных высокоэффективных однопереходных солнечных элементов является использование принципиально новых материалов на основе наногетероэпитаксиальных структур с квантовыми точками. Продемонстрированы возможности поглощения (переработки) такими структурами как коротковолнового излучения, так и длинноволновой части спектра солнечного излучения с целью выработки электрической энергии при увеличении эффективности солнечных элементов на их основе. Рассмотрены оптимальные материалы для их изготовления и принципы действия на их основе высокоэффективных солнечных элементов. Обоснована перспективность изготовления наногетероэпитаксиальных структур с квантовыми точками методом жидкофазной эпитаксии с импульсным охлаждением подложки.

Об авторах

И. И. Марончук
Генезис-Таврида ООО
Россия
Севастополь


Д. Д. Саникович
Севастопольский государственный университет
Россия


В. И. Мирончук
Белорусский государственный аграрный технический университет
Беларусь

Адрес для переписки: Мирончук Виктор Иванович – Белорусский государственный аграрный технический университет, просп. Независимости, 99, 220023, г. Минск, Республика Беларусь. Тел.: +375 17 267-37-01    viktor.mhtc@gmail.com



Список литературы

1. Jeger-Waldau, А. PV Status Report 2012 / A. Jeger-Waldau // Luxembourg: Publications Office of the European Union. 2012. 45 p.

2. Jeger-Waldau, А. PV Status Report 2014 / A. Jeger-Waldau // Luxembourg: Publications Office of the European Union. 2014. 50 p.

3. Jeger-Waldau, А. PV Status Report 2017 / A. Jeger-Waldau // Luxembourg: Publications Office of the European Union. 2017. 90 p.

4. Purification of Metallurgical Silicon up to “Solar” Mark Silicon / I. I. Maronchuk [et al.] // International Journal of Renewable Energy Research. 2016. Vol. 6, No 4. Р. 1227–1231.

5. The Development of a Purification Technique of Metallurgical Silicon to Silicon of the Solar Brand / I. I. Maronchuk [et al.] // Russian Microelectronics. 2016. Vol. 45, No 8–9. Р. 570–575.

6. Данные, представленные Национальной лабораторией по возобновляемой энергетике (NREL, США) о разработках солнечных элементов с максимальной эффективностью за 2017 год [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Best_Research-Cell_Efficiencies.png. Дата доступа: 20.02.2018.

7. III–V Multijunction Solar Cells for Concentrating Photovoltaics / H. Cotal [et al.] // Energy Environ. Sci. 2009. Vol. 2, No 2. P. 174–192.

8. Алферов, Ж. И. Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики / Ж. И. Алферов, В. М. Андреев, В. Д. Румянцев // ФТП. 2004. Т. 38, вып. 8. С. 937–948.

9. Fraas, L. M. Solar Cells and their Applications / L. M. Fraas, L. D. Partain. 2nd еd. John Wiley & Sons, Inc., Publication. 2010. 648 p. https://doi.org/10.1002/9780470636886.

10. High Efficiency III–V Solar Cells / K. W. J. Barnham [et al.] // Phys. Lett. 2000. Vol. 76. P. 143.

11. Solar Cell for NASA Rainbow Concentrator / M. A. Smith [et al.] // Proc. 28th PVSC, Anchorage, Alaska, 2000. P. 1139.

12. Fan, J. C. C. Thin-Film GaAs Solar Cells / J. C. C. Fan, C. O. Bozler, R. W. McClelland // 15th IEEE Photovoltaic Spec. Conference (Kissimmee, Fla, 1981): Conf. Rec. New York. 1981. P. 375–377.

13. Грибов, Б. Г. Новые технологи получения поликристаллического кремния для солнечной энергетики / Б. Г. Грибов, К. В. Зиновьев // Известия вузов. Электроника. 2008. № 3. С. 10–17.

14. Разработка методики очистки металлургического кремния до кремния марки «солнечный» / И. И. Марончук [и др.] // Известия вузов. Материалы электронной техники. 2015. Т. 18, № 3. С. 189–194.

15. Теруков, Е. И. Перспективы солнечной энергетики в России / Е. И. Теруков, О. И. Шуткин // Вестник Российской академии наук. 2016. Т. 86, № 3. С. 195–202.

16. Sark, W. Van. Physics and Technology of Amorphous-Crystalline Heterostructure Silicon Solar Cells / W. Van Sark, L. Korte, F. Roca. Berlin: Springer, 2012. 574 р. https://doi.org/10.1007/978-3-642-22275-7.

17. Солнечная фотовольтаика: современное состояние и тенденции развития / В. А. Меличко [и др.] // Успехи физических наук. 2016. Т. 186, № 8. С. 801–852.

18. Features of KF and NaF Postdeposition Treatments of Cu(In, Ga)Se2 Absorbers for High Efficiency Thin Film Solar Cells / P. Reinhard [et al.] // Chem. of Mater. 2015. Vol. 27, Nо 16. Р. 5755–5764.

19. Bonnet, D. Cadmium Telluride – Material for Thin Film Solar Cells / D. Bonnet, P. Meyers // J. Mater. Res. 1998. Vol. 13, Nо 10. Р. 2740–2753.

20. Новая солнечная технология – дорожная карта LCOE Катар [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://bxhorn.com/2014/lcoe/. Дата доступа: 20.02.2018.

21. Integrated Perovskite/Bulk-Heterojunction Toward Efficient Solar Cells / Y. Liu [et al.] // Nano Lett. 2015. Vol. 15, No 1. Р. 662–668.

22. Snaith, H. J. Perovskites: the Emergence of a New Era for Low-Cost, High-Efficiency Solar Cells / H. J. Snaith // J. Phys. Chem. Lett. 2013. Vol. 4, Nо 21. Р. 3623–3630.

23. Marti, A. Quantum Dot Super Solar Cell / A. Marti, L. Cuadra, A. Luque // Conference Record of the Twenty-Eighth IEEE Photovoltaic Specialists Conference-2000 (Cat. No 00CH37036). 363 p. https://doi.org/10.1109/pvsc.2000.916039.

24. Intermediate Band Photovoltaics Overview / L. Cuadra [et al.] // 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Osaka, Japan, May 11–18, 2003. PCD IPL-B2-01.

25. Жидкофазная эпитаксия и свойства наногетероструктур на основе соединений III–V / И. Е. Марончук [и др.] // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: cб. наук. пр. 2012. Т. 10, № 1. С. 77–88.

26. Nozik, A. J. Quantum Dot Super Solar Cells / A. J. Nozik // Physica E. 2002. Vol. 14, No 1–2. P. 115–120.

27. Nozik, A. Believes Quantum-Dot Solar Power Could Boost Output in Cheap Photovoltaics / A. Nozik. NY: Technology Review, 2007. 49 p.

28. Luque, A. Increasing the Efficiency of Ideal Solar Cells by Photon Induced Transitions at Intermediate Levels / A. Luque, A. Marti // Phys. Rev. Lett. 1997. Vol. 78, No 26. P. 5014–5017.

29. Enhanced Quantum Efficiency of Solar Cells with Self-Assembled Ge Dots Stacked in Multilayer Structure / A. Alguno [et al.] // Appl. Phys. Lett. 2003. Vol. 83, No 6. P. 1258–1260.

30. Эффективность преобразования солнечной энергии солнечным элементом на основе Si с квантовыми точками Ge / А. В. Войцеховский [и др.] // Прикладная физика. 2010. Т. 6, № 2. С. 96–102.

31. Сверхвысокоэффективные солнечные элементы / Т. Ф. Кулюткина [и др.] // Нові технології. 2011. Т. 3, № 33. С. 9–16.

32. Алферов, Ж. И. История и будущее полупроводниковых гетероструктур / Ж. И. Алферов // ФТП. 1998. Т. 32, № 1. С. 3–18.

33. Способ выращивания эпитаксиальных наногетероструктур с массивами квантовых точек: пат. № 94699 Украины: Кл. С 30В 19/00, С 30В 29/00, Н 01L 21/20 / И. Е. Марончук, Т. Ф. Кулюткина, И. И. Марончук. Дата публ. 10.06.2011.

34. Deposition by Liquid Epitaxy and Study of the Properties of Nano-Heteroepitaxial Structures with Quantum Dots for High Efficient Solar Cells / D. Dimova-Malinovska [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. 2014. Vol. 558. P. 012049.

35. Study of the Morphology of Ge Quantum Dots Grown by Liquid Phase Epitaxy / D. DimovaMalinovska [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. 2016. Vol. 700. P. 012043.

36. Improvement of Growing of Ge QDs by the Method of Liquid Phase Epitaxy / D. DimovaMalinovska [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. 2017. Vol. 794. P. 012012.

37. Квантовые точки InSb/InAs, полученные методом жидкофазной эпитаксии / К. Д. Моисеев [и др.] // Письма в ЖТФ. 2007. Т. 33, № 7. С. 50–57.

38. In(Ga)As/GaAs Quantum Dots for Optoelectronic Devices / K. Sears [et al.] // Proc. SPIE 6415, Microand Nanotechnology: Materials, Processes, Packaging, and Systems III. Adelaide, Australia, 2006. Vol. 641506. https://doi.org/10.1117/12.706526.

39. Разработка основ капельного метода формирования массивов квантовых точек в системе InAs/GaAs применительно к условиям МОС-гидридной эпитаксии / Р. Х. Акчурин [и др.] // Материалы электронной техники. 2011. № 3. С. 21–26.

40. Влияние температуры осаждения индия на морфологию наноразмерных гетероструктур InAs/GaAs, полученных капельным методом в условиях МОС-гидридной эпитаксии / М. А. Сурнина [и др.] // Прикладная физика. 2015. № 2. С. 97–101.

41. An Obtaining of Nanoheteroepitaxial Structures with Quantum Dots for High Effective Photovoltaic Devices, Investigation of their Properties / S. Y. Bykovsky [et al.] S // TEKA. Commission of Motorization and Energetics in Agriculture. Polish Academy of Sciences. 2014. Vol. 14, No 1. P. 154–163.


Для цитирования:


Марончук И.И., Саникович Д.Д., Мирончук В.И. Солнечные элементы: современное состояние и перспективы развития. Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2019;62(2):105-123. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-2-105-123

For citation:


Maronchuk I.I., Sanikovich D.D., Mironchuk V.I. Solar Cells: Current State and Development Prospects. ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations. 2019;62(2):105-123. (In Russ.) https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-2-105-123

Просмотров: 2371


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1029-7448 (Print)
ISSN 2414-0341 (Online)