Глава 8. НОВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В РАЗРАБОТКЕ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
8.1 Введение
Наиболее важным показателем при оценке экономической эффективности конкретных фотоэлектрических систем преобразования энергии является величина затрат на получение 1 Вт пиковой мощности, вырабатываемой солнечными элементами. В предыдущих главах рассматривались различные тонкопленочные элементы, интерес к исследованию которых обусловлен их собственной низкой стоимостью. В последние годы в ряде лабораторий активно разрабатываются солнечные элементы нового типа, предназначенные для работы в условиях концентрированного светового потока. Солнечные элементы могут иметь высокую себестоимость, однако она компенсируется снижением затрат на получение 1 Вт пиковой мощности за счет увеличения выходной мощности элементов при использовании концентраторов солнечного излучения при условии, что стоимость оптической системы, концентрирующей излучение, и устройства слежения за Солнцем составляет незначительную часть общей стоимости системы.
Анализ распределения энергетических потерь в солнечных элементах обычного типа показывает, что суммарные потери, связанные с избыточной энергией фотонов и энергией фотонов, не обладающих способностью вызывать появление избыточных носителей заряда, составляют более половины энергии, падающей на элемент. Это означает, что обычные солнечные элементы с характерными для них большими потерями энергии непригодны для работы в условиях сильной освещенности, в частности, при интенсивности излучения, превышающей десятикратную 
Помимо этого при сильной освещенности КПД преобразования энергии снижается под влиянием эффектов, наблюдающихся при высоком уровне инжекции носителей и высокой температуре. Решение указанных проблем потребовало разработки новых конструкций солнечных элементов,
сохраняющих высокий КПД при больших значениях коэффициента концентрации излучения и повышенных температурах.
Предельный КПД преобразования энергии солнечного излучения в полезную работу, определяемый законами термодинамики, равен 93%. В последние годы появились солнечные элементы принципиально нового типа, в том числе многопереходные элементы на основе нескольких полупроводниковых материалов, образующих каскадную систему, КПД которых достигает 40%, что значительно выше предельного теоретического КПД обычных солнечных элементов с гомогенным или гетерогенным переходом и барьером Шоттки, имеющих фотоактивный слой из полупроводникового материала одного вида или единственный переход.
Вопросы, рассматриваемые в данной главе, разбиты на три группы. В разд. 8.2 перечислены эффекты, влияющие на работу солнечных элементов при высокой интенсивности излучения. В разд. 8.3 рассмотрены новые конструкции обычных солнечных элементов с фотоактивным слоем из материала одного вида, характеристики которых приближаются к предельным теоретическим. Наконец, в разд. 8.4 обсуждаются каскадные солнечные элементы, обладающие сверхвысоким КПД.
