Повышение КПД солнечных панелей зависит от уменьшения необратимых потерь энергии солнечного света в процессе взаимодействия с веществом фотоэлектрического элемента.
Основные необратимые потери в фотоэлектрических преобразователях такие:
- отражение солнечного излучения от поверхности преобразователя;
- прохождение части излучения через фотоэлемент без поглощения в нём;
- рассеивание на тепловых колебаниях решётки избыточной энергии фотонов;
- рекомбинация образовавшихся фото-пар на поверхностях и в объёме вещества фотоэлемента;
- внутреннее сопротивление преобразователя.
Для уменьшения необратимых потерь энергии в фотоэлементах применяются различные подходы:
- использование полупроводников с оптимальной для спектра солнечного излучения шириной запрещённой зоны;
- легирование полупроводниковой структуры;
- переход от гомогенных к гетерогенным, слоистым и пленочным полупроводниковым структурам;
- оптимизация конструктивных параметров фотоэлементов: глубины залегания p-n перехода, толщины базового слоя, частоты контактной сетки;
- применение многофункциональных оптических покрытий, обеспечивающих просветление, терморегулирование и защиту фотоэлемента от факторов внешней среды;
- разработка фотоэлементов, прозрачных в длинноволновой области солнечного спектра;
- создание многослойных фотоэлементов из специально подобранных по ширине запрещённой зоны полупроводников, позволяющих в каждом отдельном каскаде преобразовывать отдельный участок спектра солнечного излучения.
Наиболее вероятными материалами для фотоэлементов ближайшего будущего считаются различные модификации кремния, арсенид галлия GaAs, а также структуры на основе соединений Cu(In,Ga)Se2.
Некоторые перспективные для фотоэлементов материалы трудно получить в необходимых для массового производства количествах. Особенно экзотические методы увеличения КПД солнечных фотоэлментов, например, с помощью создание слоистых или пленочных структур могут оказаться сложными и дорогими при массовом производстве.
