Elemen kunci dari teknologi fotovoltaik adalah sel surya fotovoltaik. Perkembangan sel surya fotovoltaik secara kasar dapat dibagi menjadi tiga generasi. Generasi pertama adalah sel surya silikon; generasi kedua adalah sel surya film tipis; teknologi baru seperti sel pemusatan daya tinggi, sel surya organik, sel surya fleksibel, dan sel surya nano peka pewarna secara kolektif disebut sebagai sel surya generasi ketiga. Saat ini, arus utama adalah sel surya berbasis silikon generasi pertama, dan pangsa pasar sel film tipis secara bertahap berkembang. Kecuali sel konsentrator berdaya tinggi, sebagian besar sel generasi ketiga masih dalam tahap penelitian dan pengembangan laboratorium.
Sel surya silikon
Di antara sel surya silikon, teknologi silikon monokristalin adalah yang paling matang. Efisiensi dan biaya sel tersebut terutama dipengaruhi oleh proses pembuatannya. Proses manufaktur terutama dibagi menjadi beberapa langkah seperti pengecoran ingot, pengirisan, difusi, tekstur, sablon dan sintering. Efisiensi konversi fotolistrik sel surya yang dihasilkan oleh proses umum ini umumnya 16 persen -18 persen .
Efisiensi konversi sel surya silikon monokristalin adalah yang tertinggi, tetapi biayanya juga lebih tinggi. Sel surya silikon polikristalin dapat mengurangi biaya dengan sangat baik. Keuntungannya adalah dapat langsung memproduksi ingot silikon persegi berukuran besar yang cocok untuk produksi skala besar. Peralatannya relatif sederhana, sehingga proses pembuatannya sederhana, hemat daya, dan hemat bahan silikon. Persyaratan material juga relatif rendah.
Selain mengurangi biaya bahan dan biaya sel surya, hal ini terutama dicapai melalui dua aspek: satu untuk mengurangi bahan habis pakai, seperti mengurangi ketebalan wafer silikon; yang lainnya adalah untuk meningkatkan efisiensi konversi. Cara untuk meningkatkan efisiensi meliputi aspek-aspek berikut: Yang pertama adalah meningkatkan penyerapan cahaya, seperti tekstur permukaan, persiapan lapisan anti pantulan, dan pengurangan lebar elektroda depan. Yang kedua adalah untuk mengurangi rekombinasi pembawa fotogenerasi dan meningkatkan pemanfaatan foton, seperti teknologi pasivasi emitor. Yang ketiga adalah mengurangi resistansi dan meningkatkan penyerapan arus foto oleh elektroda, seperti doping partisi dan teknologi medan listrik belakang.
Rekor saat ini untuk efisiensi konversi fotolistrik sel surya silikon monokristalin adalah 24,7 persen yang dibuat oleh sel surya struktur PERL University of New South Wales. Fitur teknisnya meliputi: konsentrasi doping fosfor pada permukaan silikon rendah untuk mengurangi rekombinasi permukaan dan menghindari adanya "lapisan mati" permukaan; difusi konsentrasi tinggi lokal digunakan di bawah elektroda permukaan depan dan belakang untuk mengurangi rekombinasi area elektroda dan membentuk kontak Ohmik yang baik; elektroda permukaan depan dipersempit oleh proses fotolitografi untuk meningkatkan area penyerapan cahaya; elektroda permukaan depan menggunakan kombinasi logam yang lebih cocok seperti titanium, paladium, dan perak untuk mengurangi resistansi kontak antara elektroda dan silikon; permukaan depan dan belakang baterai menggunakan SiO2 dan metode kontak titik untuk mengurangi rekombinasi permukaan sel. Namun, teknologinya belum terindustrialisasi.
Selain teknologi PERL, teknologi lain juga dapat digunakan untuk meningkatkan efisiensi konversi. Seperti sel suede beralur permukaan BP Solar dan elektroda belakang (EWT) melalui teknologi. Yang pertama terutama mengurangi lebar elektroda depan melalui proses laser grooving dan meningkatkan area penyerapan sinar matahari, dan produksi skala besar dapat mencapai efisiensi 18,3 persen; Sisi belakang, sehingga meningkatkan area penyerapan cahaya pada sisi depan, dapat mencapai efisiensi sebesar 21,3 persen .
Sel surya film tipis
Sel surya silikon kristal sangat efisien dan masih mendominasi aplikasi skala besar dan produksi industri. Namun, karena harga bahan silikon yang relatif tinggi, sangat sulit untuk mengurangi biayanya. Untuk menemukan alternatif sel silikon kristal, sel surya film tipis dengan biaya lebih rendah telah muncul. Baterai film tipis utama adalah baterai film tipis berbasis silikon, baterai film tipis kadmium telluride (CdTe), dan baterai film tipis tembaga indium gallium selenide (CIGS).
Ketebalan sel film tipis berbasis silikon hanya 2 mikron. Dibandingkan dengan sel silikon kristal dengan ketebalan sekitar 180 mikron, jumlah bahan silikon hanya sekitar 1,5 persen dari sel silikon kristal, dan biayanya rendah. Menurut jumlah sambungan PN yang disertakan, sel film tipis berbasis silikon dibagi menjadi sel sambungan tunggal, sel sambungan ganda, dan sel sambungan ganda. Persimpangan PN yang berbeda dapat menyerap sinar matahari dengan panjang gelombang yang berbeda. Saat ini, efisiensi tertinggi sel sambungan tunggal bisa mencapai 7 persen, dan sel sambungan ganda bisa mencapai 10 persen.
Karena tingkat penyerapan cahaya material yang baik, efisiensi konversi sel film tipis kadmium telluride lebih tinggi daripada sel film tipis berbasis silikon, dan efisiensi saat ini dapat mencapai 12 persen. Namun, unsur kadmium memiliki efek karsinogenik dan cadangan telurium alami terbatas, yang membatasi pengembangan jangka panjang baterai ini.
Baterai film tipis tembaga indium gallium selenide dianggap sebagai arah pengembangan masa depan baterai film tipis efisiensi tinggi, yang dapat meningkatkan tingkat penyerapan sinar matahari dengan menyesuaikan proses manufaktur, sehingga meningkatkan efisiensi konversi. Saat ini, efisiensi konversi laboratorium dapat mencapai 20,1 persen , dan efisiensi produk dapat mencapai 13-14 persen , yang tertinggi di antara semua baterai film tipis.
Sel surya generasi ketiga
Sel-sel generasi ketiga secara teoritis dapat mencapai efisiensi konversi yang lebih tinggi. Pada tahap ini, kecuali sel konsentrator, sebagian besar masih dalam tahap penelitian laboratorium.
Sel konsentrator umumnya menggunakan bahan semikonduktor III-V, terutama karena semikonduktor III-V memiliki ketahanan suhu tinggi yang jauh lebih tinggi daripada silikon, masih memiliki efisiensi konversi fotolistrik yang tinggi di bawah pencahayaan tinggi, dan struktur multi-persimpangan menjadikannya Spektrum serapan dan spektrum sinar matahari hampir sama, dan efisiensi konversi teoritis dapat mencapai 68 persen. Saat ini, tiga sambungan PN dibentuk oleh tiga bahan semikonduktor yang berbeda, germanium, galium arsenida, dan galium indium fosfor. Jika dilakukan produksi skala besar, efisiensinya bisa mencapai lebih dari 40 persen.
Sel surya dikemas menjadi modul surya, dan penerapan sel surya yang berbeda bergantung pada karakteristiknya sendiri dan perkembangan permintaan pasar. Pada awalnya, energi matahari terutama digunakan di stasiun pangkalan komunikasi dan satelit buatan, dan kemudian secara bertahap memasuki bidang sipil, seperti atap surya. Dalam skenario ini, area pemasangannya kecil dan kebutuhan kerapatan energinya tinggi, sehingga modul silikon kristal menempati pangsa pasar utama. Dengan pengembangan pembangkit listrik tenaga surya skala besar dan bangunan fotovoltaik, biaya komprehensif secara bertahap menggantikan kepadatan energi sebagai faktor penting untuk dipertimbangkan, dan penerapan baterai film tipis terus meningkat. Selain itu, penerapan teknologi yang berbeda juga dipengaruhi oleh faktor lain seperti penggunaan lingkungan dan kondisi iklim.
