Не преждевременен ли подобный оптимизм? Как обстоит дело сегодня? Прежде всего надо рассмотреть, какие солнечные ячейки может предложить промышленность уже сейчас.
Напомним рис. 6.4 принцип превращения солнечной энергии в электрический ток.
Ячейка состоит из полупроводникового р-n-слоя, зажатого между металлическими электродами. Солнечный свет создает свободные электроны и дырки, которые контактным напряжением отправляются в противоположные стороны и образуют ток.
Освоены три типа подобных ячеек. Гомоконтактные, в которых р-n-бисквит создается легированием кремния. Диффузионным процессом создается тонкий (0,3 мкм) n-слой и относительно толстый (300 мкм) р-слой. Гетероконтактные ячейки состоят из двух разных полупроводников. На металлическую подкладку напыляется n-слой сульфида кадмия толщиной 20–30 мкм, и химическими способами на его поверхности создается p-слой сернистой меди толщиной 0,5 мкм. Третий тип ячеек использует контактное напряжение между арсенидом галлия и металлом, разделенными тончайшей (0,002 мкм) пленкой диэлектрика.
Для оптимального использования энергии всего солнечного спектра подходят полупроводники с энергией связи электрона около 1,5 эВ. В принципе можно достичь к. п. д. солнечной ячейки 28 %.
Кремниевые гомоконтактные ячейки, которые обладают рядом технических преимуществ и изучены наиболее детально, дают к. п. д. от 11 до 15 %. Кремниевые солнечные ячейки производятся уже более двадцати лет. Материалом служит, кварцевый песок (окись кремния), из которого получают чистый кремний. Из него изготовляются монокристаллы толщиной 0,3 мм, имеющие форму круглой шайбы. В последние годы разработан процесс получения монокристаллической ленты. Хорошо освоена технология введения примесей, которая позволяет создавать в кремниевой шайбе p-слой. Для того чтобы солнечные лучи отражалась от кремния как можно меньше, поверхность покрывается тонкой пленкой окиси титана. При интенсивности света 100 мВт/см2 шайба создает напряжение 0,6 В. Плотность тока короткого замыкания равна 34 мА/см2. Различными способами можно собирать ячейки в батареи. Налажено производство кремниевых монокристаллических шайб диаметром 5–7,5 см. Их закрепляют между пластинами стекла. Соединяя их, можно собрать достаточно мощный источник тока.
Но возможна и разработка такого технологического процесса, при котором будут производиться ячейки много большей площади.
Главная причина, которая мешает в настоящее время использовать солнечные ячейки для промышленного получения энергии, — это дороговизна. Она вызывается необходимостью получения монокристаллической ленты высокого качества.
Возлагаются большие надежды на изготовление солнечных ячеек из тонких поликристаллических слоев. Такой процесс будет недорогим, но к.п.д. существенно понизится. Работа по поиску дешевых методов получения эффективных солнечных ячеек находится в самом разгаре.
Одновременно с этим исследователи ищут способы увеличить энергию, падающую на ячейку.
Созданы проекты электростанций, состоящих из 34 тысяч зеркал, которые отражают солнечные лучи и направляют их в приемник, находящийся на вершине башни высотой 300 м.
Если пользоваться концентрированной солнечной энергией, то надо позаботиться о том, чтобы на к. п. д. мало влияло повышение температуры ячейки. В этом отношении преимуществами обладают ячейки, изготовленные из арсенида галлия.
Рассматриваются предложения размещения электростанций, работающих за счет энергии солнечных, лучей, в горах на больших высотах, где обеспечены хорошие условия освещения Солнцем. В деталях разработан и проект создания электростанций, установленных на спутниках Земли.
Подобные космические электростанции могут получать энергию солнечных лучей без потерь и посылать ее в виде микроволн на Землю, где она будет превращаться в электроэнергию. На первый взгляд идея может показаться взятой из фантастического романа. И тем не менее инженеры серьезно относятся к проекту электростанций на спутнике размером 25x5 км3. На этой площади можно разместить 14 миллиардов фотоэлементов! Станция будет весить 100 000 т. Такая станция может дать энергии столько же, сколько десяток крупнейших атомных электростанций, т. е. что-то порядка 10 000 МВт.