Принцип работы фотоэлектрических преобразователей на р-n переходах

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3
1. Устройство и принцип действия 7
2. Физический эффект работы 9
3. Рабочие характеристики и параметры 13
4. Конструктивно-технологические решения ФЭП на основе
монокристаллического кремния 17
5. Современное состояние и перспективы 18
5.1 Российская солнечная энергетика 19
5.2 Мировая солнечная энергетика 21
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 24
ЛИТЕРАТУРА 26

ВВЕДЕНИЕ
Основная энергия, используемая человечеством в настоящее время, добывается из, так называемых, не возобновляемых источников, к которым относятся нефть, газ, уголь, ядерное топливо. Эти источники образовывались миллионы лет в результате процессов, сопровождавших эволюции Земли. С ростом экономического развития ресурсы этих источников стремительно сокращаются и могут закончиться в недалеком будущем. [1]. Кроме того сжигание топлива приводит к экологическим нарушениям окружающей среды и, в глобальном масштабе, ведет к увеличению концентрации парниковых газов. Использование ядерного топлива также не лишено экологических проблем в связи с необходимостью захоронения отработанных ядерных отходов и контроля безопасности работы атомных электростанций.
Вместе с тем сокращение потребления электроэнергии не представляется возможным, т.к. потребление энергии на душу населения является одним из критериев экономического развития государства. В связи с этим на первое место выходит задача получения возобновляемых источников энергии (ВИЭ), не имеющих ограничений во времени, не создающих экологических проблем и обеспечивающих устойчивое развитие.
Большинство ученых сходятся во мнении, что изменения климата неизбежно обусловлены антропогенной составляющей, что было наглядно проиллюстрировано на Парижской конференции по проблемам климата. Соглашение об ограничении углеродных выбросов подписали 127 государств из 194 существующих. Соглашение вступило в действие 4 ноября 2016 года. [2]. По итогам 2013-2015 гг. можно сделать вывод о том, что фактически наиболее активно реализуются проекты на основе фотоэлектрического преобразования энергии солнца, несмотря на то, что целевые параметры государственных программ предусматривают более 60% генерации ВИЭ на основе энергии ветра, а также 13% - на основе малой гидрогенерации (мощностью до 25 МВт).
Причины весьма незначительной доли солнечной энергетики в общем энергетическом объеме, по-видимому, связаны с небольшими коэффициентами полезного действия (КПД) преобразователей. Вместе с тем нельзя не отметить, что в некоторых областях деятельности человека невозможно использование, практически, никаких других источников энергии, кроме солнечной энергии. Это касается, например, исследований космоса, Арктики и пр. В связи с этим усовершенствование разработанных и создание новых, высокоэффективных преобразователей солнечной энергии представляет собой важную и актуальную научную, техническую и технологическую задачу.
Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) - электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию. Первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, создал Александр Столетов.
Фотоэлектрический (или фотовольтаический) метод преобразования солнечной энергии в электрическую энергию является в настоящее время наиболее разработанным в научном и практическом плане. Впервые на перспективу его использования в крупномасштабной энергетике обратил внимание еще в 30-е годы один из основателей советской физической школы академик А.Ф. Иоффе. Однако в то время КПД солнечных элементов не превышал 1%.
Современные тенденции в мировой энергетике стимулируют существенный рост интереса к альтернативным источникам энергии. ФЭП или солнечные элементы являются наиболее перспективными, экологически чистыми кандидатами на уменьшение нефтяной зависимости мира и, в отличие от органических и неорганических источников энергии, преобразуют солнечное излучение непосредственно в электроэнергию.
Солнце - самый мощный источник энергии по сравнению со всеми другими, доступными человеку. Полная мощность солнечного излучения выражается огромной цифрой: 4x1026 Вт, или 4x1014 млрд. кВт. Эта цифра настолько велика, что трудно выбрать для сопоставления с ней какую-либо подходящую величину, привычную для нас в наших земных масштабах. Даже вблизи Земли, на расстоянии около 150 млн. км от Солнца, на каждый квадратный метр поверхности, расположенной перпендикулярно солнечным лучам, приходится 1,4 кВт лучистой энергии.
Средний радиус Земли равен 6370 км, а поперечное сечение Земли составляет 127,6x106 км2. Полная мощность солнечной радиации, поступающей на Землю, равна 178,6x1012 кВт. Из этого следует, что в течение года на Землю в виде лучистой энергии передается 1,56x1018 кВт ч.
На 1 м2 поверхности Земли, расположенной перпендикулярно солнечным лучам, приходится 1,4 кВт солнечной радиации, а на 1 м2 поверхности Земли (сферы Земли) приходится в среднем 0,35 кВт.
Следует, однако, иметь в виду, что больше половины энергии солнечной радиации не доходит непосредственно до поверхности Земли (суши и океана), а отражается атмосферой. Считается, что на 1 м2 суши и океана земли приходится в среднем около 0,16 кВт солнечной радиации. Следовательно, для всей поверхности Земли солнечная радиация составляет величину, близкую к 1014 кВт, или 105 млрд. кВт. Эта цифра, вероятно, во многие тысячи раз превышает не только сегодняшнюю, но и перспективную потребность человечества в энергии.
ФЭП широко используются для питания магистральных систем электроснабжения и различного оборудования на КЛА; они предназначены также для подзарядки бортовых химических аккумуляторных батарей. Кроме того, ФЭП находят применение на наземных стационарных и передвижных объектах, например, в АЭУ электромобилей. С помощью ФЭП, размещенных на верхней поверхности крыльев, осуществлено питание приводного электродвигателя винта одноместного экспериментального самолета (США), совершившего перелет через пролив Ла-Манш.
В настоящее время предпочтительная область применения ФЭП - искусственные спутники Земли, орбитальные космические станции, межпланетные зонды и другие КЛА.
Достоинства ФЭП:
- большой срок службы;
- достаточная аппаратурная надежность;
- отсутствие расхода активного вещества или топлива.
Недостатки ФЭП:
- необходимость устройств для ориентации на Солнце;
- сложность механизмов, разворачивающих панели ФЭП после выхода КЛА на орбиту;
- неработоспособность в отсутствие освещения;
- относительно большие площади облучаемых поверхностей.
В задачи реферата входит поставленная цель: рассмотрение и сравнительный анализ огромного класса разрабатываемых в настоящее время фотоэлектрических преобразователей. Выявлены источники необратимых потерь энергии и обсуждены способы их устранения. Приведено современное состояние развития солнечной энергетики в России и за рубежом.
Устройство и принцип действияЯвление возникновения электродвижущей силы (ЭДС) при освещении материала светом было открыто в 1876 г. Адамсом и Деем и получило название вентильного фотоэффекта. В системе, состоящей из двух разных материалов, при поглощении световых квантов возникает ЭДС. [9] Если использовать металл и полупроводник, то такой контакт называется контакт Шоттки, если два полупроводника с различным типом проводимости - то р-п-переход, а если два полупроводника, различных по химическому составу, то – гетеро структура.
Рис. 1.1 Фотоэлемент с внешним фотоэффектом
Фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, состоит из стеклянной колбы, из которой откачан воздух (так называемые вакуумные фотоэлементы).
Внутренняя поверхность покрыта слоем светочувствительного материала и является источником электронов - фотокатодом (ФК). В передней стенке колбы часть ее поверхности, не покрытая фоточувствительным слоем, служит окошком, сквозь которое свободно проходят лучи света внутрь фотоэлемента. В центре колбы на ножке укреплено металлическое кольцо - анод, к которому подводится положительное напряжение.
Электроны, вылетевшие из поверхности фотокатода под действием упавшего на него света, притягиваются электрическим полем анода и создают фототок внутри фотоэлемента и электрический ток в цепи, в которую включен фотоэлемент.
Рис. 1.2 Устройство фотоэлемента с внешним фотоэффектом
Физический эффект работыРабота ФЭ основана на внутреннем фотоэлектрическом эффекте в полупроводниках. При любом способе производства электричества необходимо иметь электрические заряды и обеспечить механизм их разделения. В индукционном методе для получения электричества используют свободные заряды металлических проводников, а их разделение осуществляется в результате перемещения проводников в магнитном поле.
В фотовольтаическом методе получения электричества нет механических перемещений деталей конструкции. Он основан на свойствах полупроводниковых материалов и их взаимодействии со светом. В фотовольтаическом элементе свободные носители образуются в результате взаимодействия полупроводника со светом, а разделяются под действием электрического поля, возникающего внутри элемента. Таким образом, поглощение света в идеальном полупроводнике приводит к появлению электрон дырочной пары, которая существует в полупроводнике некоторое время, определяемое временем жизни, которое в свою очередь зависит от структурного совершенства полупроводникового материала. Процесс аннигиляции электро-дырочных пар называется рекомбинацией.
Не всякое излучение из светового диапазона вызывает генерацию электрон дырочной пары, а только то, чья энергия достаточна, чтобы разрушить связь электрона с ядром атома. Поэтому не все полупроводники являются чувствительными к солнечному излучению в наземных условиях.
Как и в любом источнике электропитания на его выходе поддерживается постоянная разность потенциалов, которая при подключении его к внешней нагрузке вызывает протекание тока в цепи.
Таким образом, генерированные электрон дырочные пары необходимо разделить. Разделение положительных и отрицательных зарядов происходит в результате фотоэлектрического эффекта. Фотоэлектрический эффект возникает в полупроводниковых диодных структурах при наличии в них энергетического барьера который осуществляет разделение отрицательных и положительных носителей заряда. Энергетический барьер большинства ФЭП представляет собой встроенное электрическое поле, возникающее на границе двух полупроводниковых материалов, отличающихся типом электропроводности (электронной - n-тип и дырочной - р-тип). При поглощении фотонов происходит генерация неравновесных электрон-дырочных пар, разделение которых встроенным электрическим полем приводит к формированию фото-ЭДС, которое существует до тех пор пока полупроводниковая структура освещается светом.
Внешние радиационные (световые, тепловые) воздействия обуславливают в слоях 2 и 3 появление неосновных носителей зарядов, знаки которых противоположны знакам основных носителей р- и п-областях. Под влиянием электростатического притяжения разноименные свободные основные носители диффундируют через границу соприкосновения областей и образуют вблизи нее р-п гетеропереход.
Гетеропереход — контакт двух различных полупроводников. Гетеропереходы обычно используются для создания потенциальных ям для электронов и дырок в многослойных полупроводниковых структурах.
Свободные основные носители через границу соприкосновения областей и образуют вблизи нее р-п гетеропереход с напряженностью электрического поля ЕК, контактной разностью потенциалов:
UK = sEK
и потенциальным энергетическим барьером:
WK=eUKсолнечный электрический фотоэлемент преобразователь для основных носителей, имеющих заряд е.
Напряженность поля EK препятствует их диффузии за пределы пограничного слоя шириной S . Напряжение Uk равное:
Uk=kTeln(pppn)=kTeln(nnnp)зависит от температуры Т, концентраций дырок pppn или nnnp электронов в p- и n-областях заряда электрона е и постоянной Больцмана k. для неосновных носителей EK - движущее поле. Оно обусловливает перемещение дрейфующих электронов из области р в область п, а дырок - из области п в область р. Область п приобретает отрицательный заряд, а область р- положительный, что эквивалентно приложению к р-п переходу внешнего электрического поля с напряженностью EВШ, встречного с EK. Поле с напряженностью EВШ - запирающее для неосновных и движущее для основных носителей. Динамическое равновесие потока носителей через р-п переход переводит к установлению на электродах 1 и 4 разности потенциалов U0 - ЭДС холостого хода ФЭ. Эти явления могут происходить даже при отсутствии освещения р-п перехода. Пусть ФЭ облучается потоком световых квантов (фотонов), которые сталкиваются со связанными (валентными) электронами кристалла с энергетическими уровнями W.
Если энергия фотона:
Wф=hvгде v - частота волны света, h - постоянная Планка больше W, электрон покидает уровень и порождает здесь дырку; р-п переход разделяет пары электрон - дырка, и ЭДС U0 увеличивается. Если подключить сопротивление нагрузки RН, по цепи пойдет ток I, направление которого встречно движению электронов. Перемещение дырок ограничено пределами полупроводников, во внешней цепи их нет. Ток I возрастает с повышением интенсивности светового потока Ф, но не превосходит предельного тока In ФЭ, который получается при переводе всех валентных электронов в свободное состояние: дальнейший рост числа неосновных носителей невозможен. В режиме К3 (RН=0, UН=IRН=0) напряженность поля Евш=0, р-п переход (напряженность поля ЕК) наиболее интенсивно разделяет пары неосновных носителей и получается наибольший ток фотоэлемента IФ для заданного Ф. Но в режиме К3, как и при холостом ходе (I=0), полезная мощность P=UНI=0, а для 0<UН<U0 и 0<I<IФ будет Р>0.
Рабочие характеристики и параметрыРеальные условия работы фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) связаны с периодическим воздействием на приборные структуры различных внешних неблагоприятных факторов, приводящих к деградации эксплуатационных характеристик ФЭП. На стадии проектирования и разработки новых конструкций ФЭП важно максимально полно уменьшить негативное влияние внешних факторов и, учитывая это, оптимизировать конструкцию фотопреобразователя. Определение величины этих потерь, с одной стороны, позволяет установить причину снижения коэффициента полезного действия (КПД), с другой - совершенствовать технологию изготовления ФЭП.
Баланс подводимой к p-n - переходу ФЭП и отводимой от него энергии может быть представлен в виде:
(1)
где Eg – ширина запрещенной зоны полупроводника, Nc и Nv – эффективные плотности состояний у краев зон проводимости и валентной, соответственно; Iф=Iкз – ток короткого замыкания, Iн, Uн – ток и напряжение на нагрузке, соответствующее максимальной электрической мощности Pэл.max, отдаваемой образцом ФЭП.
где A – const, Io – ток насыщения.
В соответствии с выражением (1) подводимая энергия излучения, теряемая, и отводимая электрическая энергия представляется в виде диаграммы. Кривая на рисунке ниже представляет собой нагрузочную характеристику
Прямоугольники 1 и 2 соответствуют энергетическим потерям на нагрев контактов, 3 – потери энергии в области p-n перехода, 4 – полезная отводимая электрическая энергия, 5 – потери при рекомбинации электронно-дырочных пар при протекании темноного тока. В сумме площадь всех прямоугольников соответствует энергии подводимого излучения.
Таким образом, определение нагрузочной характеристики на устройстве позволяет установить соотношение компонентов энергетических потерь, а изменение этого соотношения при различных уровнях освещенности и различных температурах образца ФЭП – анализировать причины и оптимизировать конструктивное исполнение ФЭП.
Темновая вольт-амперная характеристикам ФЭП подобна ВАХ обычного полупроводникового диода. Если ФЭП осветить светом его ВАХ изменится. Нагрузочной световой ВАХ фотопреобразователя является зависимость тока нагрузки Iн, протекающего через сопротивление Rн подключенной к клеммам освещаемого ФЭП внешней нагрузки, от падения напряжения Uн на этом сопротивлении при монотонном изменении величины Rн от нуля до бесконечности. Из зависимости Iн =f(Uн) могут быть получены и рассчитаны выходные параметры: напряжение холостого хода Uхх, ток короткого замыкания Iкз, фактор заполнения FF, максимальная электрическая мощность Рнмах.
Коэффициент полезного действия η:
η=PнмW=UххIкзFFWгде W - мощность падающего светового потока; Uхх - напряжение холостого хода; Iкз – ток короткого замыкания, FF - фактор заполнения световой ВАХ.
Максимальные значения КПД фотоэлементов и модулей, достигнутые в лабораторных условиях:
Тип η преобразования, % Тип η преобразования, %
Кремниевые CdTe (фотоэлемент) 16,5
Si (кристаллический) 24,7 Аморфный/Нанокристаллический кремний Si (поликристаллический) 20,3 Si (аморфный) 9,5
Si (тонкопленочная передача) 16,6 Si (нанокристаллический) 10,1
Si (тонкопленочный субмодуль) 10,4 Фотохимические III-V На базе органических красителей 10,4
GaAs (кристаллический) 25,1 На базе органических красителей (субмодуль) 7,9
GaAs (тонкопленочный) 24,5 Органические GaAs (поликристаллический) 18,2 Органический полимер 5,15
InP (кристаллический) 21,9 Многослойные Тонкие пленки халькогенидовGaInP/GaAs/Ge32,0
CIGS (фотоэлемент))19,9 GaInP/GaAs30,3
CIGS (субмодуль) 16,6 GaAs/CIS (тонкопленочный) 25,8
Эффективность работы фотоэлектрического преобразователя зависит от оптических и электрофизических свойств полупроводникового материала:
Коэффициента отражения света от поверхности полупроводника, чем больше света проникает вглубь базового слоя, тем выше КПД.
Квантового выхода полупроводника, который показывает отношение числа поглотившихся фотонов к числу генерировавшихся при этом электронов. Этот коэффициент всегда меньше единицы, так как часть фотонов поглощается на различных структурных несовершенствах полупроводника, что не приводит к генерации электрон-дырочной пары.
Диффузионной длины носителей заряда, которая должна обеспечить возможность диффузии пар к энергетическому барьеру, на котором происходит их разделение. Соотношения между диффузионной длиной носителей заряда, глубиной залегания p-n-перехода относительно освещаемой поверхности и толщиной находящегося за ним полупроводникового слоя должно быть совместно оптимизировано.
Спектрального положение основной полосы поглощения солнечного излучения.
От выпрямляющих характеристик p-n-перехода, которые определяют эффективность разделения носителей заряда.
Степени легирования областей полупроводника по обе стороны p-n-перехода, что совместно с требованием минимизации сопротивления других слоев ФЭП, формы и места расположения токосъемных контактов обеспечивает низкое внутренне последовательное электросопротивление источника тока.
Конструктивно-технологические решения ФЭП на основе монокристаллического кремнияПо своему конструктивно-технологическому решению фотоэлектрические преобразователи представляют собой наукоемкие изделия электронной техники. Самыми распространенными, надежными и долговечными являются ФЭП на основе монокристаллического кремния, которые впервые были применены десятки лет назад для электроснабжения космических аппаратов. В 2000 году было выпущено ФЭП на основе монокристаллов общей мощностью 200 МВт для наземного применения.
Желание примирить часто взаимно исключающие требования и найти оптимальное компромиссное техническое решение привело разработчиков к выбору исходной конструкции ФЭП, изображенной на рисунке ниже. Для фотоэлектрических преобразователей из монокристаллического кремния с гомогенным p-n-переходом, занимающих в настоящее время ведущее положение при применениях, как в космических, так и в наземных условиях, такой конструктивный подход, оптимизируемый под конкретные применения, используется наиболее часто.
Конструкция ФЭП
1 – тыльный сплошной токосъемный электрод; 2 – слой кремния p+-типа проводимости; 3 – кремний p-типа проводимости; 4 – слой кремния n+-типа проводимости; 5 – просветляющее покрытие; 6 – фронтальный гребенчатый токосъемный электрод; 7 – клеящий слой прозрачного кремнийорганического каучука; 8 – защитное боросиликатное стекло
Конструкция ФЭП
1 – тыльный сплошной токосъемный электрод; 2 – слой кремния p+-типа проводимости; 3 – кремний p-типа проводимости; 4 – слой кремния n+-типа проводимости; 5 – просветляющее покрытие; 6 – фронтальный гребенчатый токосъемный электрод; 7 – клеящий слой прозрачного кремнийорганического каучука; 8 – защитное боросиликатное стекло
Современное состояние и перспективыФотоэлектрический эффект является уникальным способом превращения энергии Солнца непосредственно в электрическую энергию без каких-либо промежуточных этапов, поэтому должен быть наиболее энергетически выгоден. Вместе с тем КПД вентильных фотоэлементов имеют весьма скромные значения в 10—15 %, обусловленные природой самого эффекта. [10]
В настоящее время сложились три крупные направления солнечной энергетики, основанной на фотоэлектрических элементах, представленные на рисунке 5.1. Направления выделены по области применения – земной и космической.
Рис.5.1 - Направления развития солнечной энергетики
5.1 Российская солнечная энергетика
По данным Института Энергетической стратегии, теоретический потенциал солнечной энергетики в России составляет более 2300 млрд. тонн условного топлива, что само по себе благоприятно для ее развития. Однако благодаря необъятным просторам России уровень солнечной радиации существенно варьируется: от 810 кВт-час/м2 в год в отдаленных северных районах до 1400 кВт-час/м2 в год в южных районах. На уровень солнечной радиации оказывают влияние и большие сезонные колебания: на широте 55 градусов солнечная радиация в январе составляет 1,69 кВт-час/м2, а в июле – 11,41 кВт-час/м2 в день. [15]
Наиболее перспективные регионы в плане использования солнечной энергетики: Калмыкия, Ставропольский край, Ростовская область, Краснодарский край, Волгоградская область, Астраханская область и другие регионы на юго-западе, Алтай, Приморье, Читинская область, Бурятия и другие регионы на юго-востоке.
Рис. 5.1.1 - Потенциал солнечной энергетики в России. [18]
На сегодняшний день Россия обладает передовыми фотоэлектрическими технологиями. Есть ряд предприятия, которые разработали и уже совершенствуют технологии фотоэлектрических преобразователей: как на кремниевых, так и на много переходных структурах. Есть ряд разработок использования концентрирующих систем для солнечных электростанций.
Главное препятствие для развития солнечной энергетики в России заключается в том, что стоимость солнечной энергии значительно превышает стоимость газа. Большие сроки окупаемости и невысокая рентабельность солнечной энергии в сравнении с ценами на традиционные источники энергии являются причиной малой заинтересованности этой отраслью. Несмотря на это первые шаги по развитию законодательной базы солнечной энергетики уже сделаны, это:
- Постановление Правительства №426 от 3 июля 2008 г.: «О квалификации генерирующего объекта, функционирующего на основе использования возобновляемых источников энергии»;
- Распоряжение Правительства РФ N 1-р от 8 января 2009 г.: «Об Основных направлениях государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 г.»
Были утверждены целевые показатели по увеличению к 2015 и 2020 годам доли ВИЭ в общем уровне российского энергобаланса до 2,5% и 4,5% соответственно.
Развитие солнечной энергетики в России обусловлено рядом факторов:
1) Климатические условия: от климатических условий зависит выбор той технологии солнечной установки, которая наилучшим образом подходит для конкретного региона;
2) Государственная поддержка: наличие законодательно установленных экономических стимулов солнечной энергетики оказывает решающее значение на её развитие;
3) Стоимость солнечных фотоэлектрических установок: с увеличением КПД и применением новых, более дешевых, материалов для фотоэлементов, стоимость энергии, выработанной солнечными батареями, дешевеет, становясь более конкурентоспособной;
4) Экологические нормы: ужесточение экологических норм (ограничения и штрафы) может стимулировать рынок возобновляемой энергии, в том числе солнечной.
На сегодняшний день наиболее развитым регионом нашей страны в отрасли солнечной энергетики можно назвать Крым. На данный момент, общая мощность солнечных электростанций в Крыму составляет 297 МВт. Из них самая крупная – Перово. Она состоит из 440000 фотоэлектрических модулей, расположенных на более чем 200 га площади, и способна производить порядка 132,5 млн. кВт*ч электроэнергии в год.
5.2 Мировая солнечная энергетика
Общая мощность мировых коммерческих фотоэлектрических солнечных электростанций, превысила 50 ГВт в 2015 году. На рисунке 5.2.1 приведено распределение доли стран в мировой солнечной энергетике. По данным BloombergNewEnergyFinance в 2014 году впервые за всю историю стало выгоднее инвестировать в проекты возобновляемой энергетики, а не традиционной топливной, поскольку темпы роста этих отраслей сравнялись. Объём введенных мощностей солнечной энергетики также достиг самого высокого уровня за всю историю, составив 75 ГВт, по данным доклада BNEF «Глобальные тенденции инвестирования в развитие ВИЭ в 2017 г.»
Рис. 5.2.1 - Величина установленной мощности СЭС в мире. [19]
По данным доклада МЭА в 2016 году цены на солнечную энергию по долгосрочным контрактам на будущие проекты в Чили и Арабских Эмиратах уже опустились до уровня ниже 30 долл. США за мегаватт-час (МВт/ч), что является самым низким уровнем в мире. В Мексике цены на контракты по строительству фотоэлектрических солнечных электростанций составили 28-55 долл. США за МВт/ч.
Как ожидается, солнечная энергетика увеличит свои объемы с нынешнего менее 1% всего мирового производства электроэнергии до более 10% (совокупно более 1800 ГВт мощностей) к 2030 году. Ожидается, что в будущем именно солнечная энергетика будет расти наиболее быстро: в ближайшие 20 лет совокупный доход от этой отрасли ожидается на уровне 5 трлн. долларов.
Благодаря разработке дешевых фотоэлектрических материалов стоимость производства энергии из преобразованного солнечного света неуклонно падает и будет продолжать эту тенденцию, в то время как стоимость энергии, полученной при помощи сжигания ископаемого топлива, будет расти, в связи с меньшим использованием и экологическими издержками. Так, цена на фотоэлектрическую энергию снизится, по прогнозу NewEnergyOutlook 2016, в ближайшие 25 лет на 60%, сделав ее самым дешевым видом энергии в мире уже к 2030 году.

Красная область — фотоэлектрическая энергетика, темно-серая область — другие источники возобновляемой энергии, светло-серая область — традиционная топливная энергетика (по данным Bloomberg New Energy Finance, Deutsche Bank, Canadian Solar) . [19]
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Высокая цена установок определяется высокой стоимостью солнечных модулей. При производстве монокристаллических кремниевых ФЭП затрачивается такое количество энергии и труда, которое не окупится в течение всего времени их эксплуатации (20-25 лет). В то же время ФЭП на основе поликристаллической кремниевой ленты являются достаточно коммерчески привлекательными, несмотря на более низкие значения КПД, так как в течение их эксплуатации они вырабатывают электроэнергии значительно больше, чем было затрачено на их производство.
По мнению большинства ученых наиболее перспективными для наземного использования являются тонкопленочные ФЭП, низкая стоимость которых при массовом производстве и при достаточной эффективности определяется уменьшением толщины ФЭП в 100 раз. Наибольшую эффективность демонстрируют солнечных элементы на основе пленок полупроводниковых поликристаллических соединений Cu(In,Ga)Se2, CdTe толщиной порядка нескольких мкм и пленок гидрогенизированного аморфного кремния aSi:H.
В результате выполненного анализа можно сделать следующие выводы:
1. По всеобщему признанию солнечная энергетика является перспективной областью развития энергетических технологий благодаря «бесплатной» энергии Солнца и экологической чистоты процесса преобразования в электричество или тепло.
2. Обсуждение эффективности того или иного способа преобразования солнечной энергии необходимо проводить в связи с областью применения солнечного преобразователя, так для «земных» отопительных нужд целесообразно использовать солнечные коллекторы с жидким теплоносителем, тогда как для «космических» целей – солнечные батареи на основе гетеро структур арсенида галлия.
3. Для питания маломощной техники в энергетически труднодоступных регионах, например в Арктике, целесообразно применять термоэлектрические преобразователи с солнечными концентраторами.
4. «Внутри» большой группы материалов, использующих фотоэлектрический эффект, тоже важно производить выбор того или иного преобразователя, сообразуясь с решаемыми с помощью него задачами. Так для многих задач важна гибкость источника, что возможно осуществить только с преобразователями на аморфном кремнии или на основе полупроводниковых органических полимеров. «Ячейки» Гретцеля не подходят для решения космических задач, т.к. содержат жидкий электролит, который испаряется со временем.
ЛИТЕРАТУРА

1. Энергоэффективная Россия [Интернет-ресурс] // 2017, URL:www.energy2020.ru 2. Национальное рейтинговое агентство [Интернет-ресурс] //2017 URL:www.ranational.ru 3. Митина И.В.: Повышение эффективности солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами. // Диссертация канд. т.н., М.: 2009
4. Р.В. Городов, В.Е. Губин, А.С. Матвеев: Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии // ТПУ, 2009 - 294 с.
5. Анатычук Л.И.: Физика термоэлектричества // Институт Термоэлектричества, Черновцы, 2008 - 376 с.
7. Анатычук Л.И.: Термоэлектрические преобразователи энергии // Институт Термоэлектричества, Черновцы, 2003 - 376 с.
8. Ансельм А.И.: Введение в теорию полупроводников //Москва, Наука, 1978 - 618 с.
9. Стриха В.И.: Контактные явления в полупроводниках // Киев, Высшая школа, Головное издательство, 1982 – 224 с.
10. Случинская И.А.: Основы материаловедения и технологии // полупроводников. М., 2002. – 376 с.
11. Фалькевич Э.С.: Технология полупроводникового кремния // М.: Металлургия, 1992 - 408 с.
12. Герасименко Н.Н., Пархоменко Ю.Н.: Кремний - материал нано электроники // Москва: Техно сфера, 2007 – 351 с.
13. Таран А.А., Воронин Н.М.: Эффективность фотоэлектрических преобразователей в концентрированном солнечном излучении // Вестник аграрной науки Дона , 3 (15) , 2011 URL:http://zele.ru/ 14. Паращук Д.Ю., Кокорин А.И.: Современные фотоэлектрические и фотохимические методы преобразования солнечной энергии //Рос. хим. ж., т. LII, № 6, 2008 - 107-117 с.
15. Аналитический центр при правительстве Российской Федерации [интернет ресурс] // 2017 г., URL:http://ac.gov.ru16. Германович В., Турилин А.: Альтернативные источники энергии и энергосбережения // Спб, «Наука и техника», 2014 - 320 с.
17. Стэн Гибилиско: Альтернативная энергетика без тайн. / /Перевод с англ.- Москва: Эксмо-прес, 2010 - 368 с.
18. Возобновляемая энергия и ресурсы [интернет ресурс] // 2017 г. URL:http://renewnews.ru19. Hevelsolar [интернет ресурс] // 2017 г. URL:http://www.hevelsolar.com/solar