Обычно под термином солнечная батарея подразумевается панели фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов). Целью солнечных батарей является прямое преобразование солнечного излучения в электроэнергию.

Структура солнечной батареи

Структура фотоэлектрической установки

Принцип их работы напоминает  работу транзистора. Основной и ключевой элемент при этом, который  может обеспечить данный эффект — является полупроводниковый материал. Наиболее распространенный материал – кремний. Кремний для производства солнечных батарей может быть монокристаллическим или поликристаллическим. Внешне монокристаллический кремний можно отличить по равномерному чёрно-серому цвету поверхности фотоэлемента. Этот вид материала выращивают в промышленных условиях, после чего специальной нитью разрезают на тонкие пластины. Второй тип представляет собой более современное поколение элементов,сделанных из более доступного поликристаллического кремния.  Изготовление проходит методом литья. Выглядит материал как, поверхность с неравномерным синим переливом. Кроме того,  в кремний добавляют в определенном количестве мышьяк и бор.

Солнечная батарея и фотоэффект

Итак, для получения электроэнергии от солнечной батареи необходимо осуществить фотоэффект. Этот процесс связан с физическим явлением p-n перехода. Конструктивно фотоэлемент состоит из двух пластин кремния. Одна из используемых пластин содержит  атомы бора, а вторая атомы мышьяка.  При этом верхний слой характеризуется переизбытком электронов (область электронов), а нижняя – их нехваткой( так называемая дырочная область). В данном случае на границе этих пластин поддерживается электронно-дырочный переход (p-n переход).
В результате попадания на фотоэлемент солнечных лучей (фотонов) происходит освещение пластин и оба слоя взаимодействуют как электроды обыкновенной батареи – возникает ЭДС
.
Солнечный луч возбуждает электроны, которые начинают перемещаться из одной пластины в другую. Для снятия электрической энергии на обе поверхности напаивают тонкие слои проводника и подключают к нагрузке. Выработка этой энергии не связана с химическими реакциями, поэтому такая солнечная батарея может прослужить довольно долгий срок.
Данная отрасль науки вплотную изучает вопросы, которые могли бы улучшить выработку электроэнергии в фотоэлементе при помощи повышения КПД установок. Для этого в тонкослойных ячейках элемента может содержаться не только кремний, но и галлий, арсенид, кадмий, медь, селен и многие другие материалы. Так же большой проблемой на пути улучшения эффективности солнечных батарей, является избыточное тепло, которое возникает при нагреве пластин фотоэлементов. Разрабатывается много путей для отвода данного тепла от солнечной батареи. Ведь КПД панелей в редких случаях превышает 30 %.

Типы солнечных батарей

В настоящее время на рынке можно найти пять типов солнечных батарей в которых применяются различные материалы и фотоэлементы.
Наибольшую популярность получили солнечные батареи из поликристаллических фотоэлементов. Эффективность таких панелей в среднем  составляет 12-14 %.
Поликристаллическая солнечная батарея
Панели из монокристаллических фотоэлементов характеризуются более высоким КПД (14-16 %). Такие панели немного дороже чем панели из поликристаллического кремния. Так же фотоэлементы имеют форму многоугольника и из-за этого не полностью заполняют пространство солнечной батареи, что приводит к более низкой эффективности всей батареи по отношению к одной ячейки фотоэлемента.
Монокристаллическая солнечная батарея
Солнечные батареи из аморфного кремния имеют наименьшую эффективность ( 6-8 %), но в то же время имеют наиболее низкую себестоимость производимой энергии.
Батарея из аморфного кремния
Солнечные батареи на основе Теллурид Кадмия (CdTe) представляют собой тонкопленочную технологию производства солнечных панелей. Полупроводниковые слои наносят на панель толщиной всего в несколько сотен микрон. Производство является менее вредным для окружающей среды. Эффективность солнечных батарей на основе Теллурид Кадмия составляет порядка 11-12 %.
Солнечная бетерея cdte
Солнечные батареи на основе смеси Индия, Галлия, Меди, Селена (CIGS) так же является тонкопленочной технологией производства фотоэлементов.  Эффективность варьируется от 10 до 15 %. Эта технология еще мало распространена на рынке, однако очень быстро развевается.
Батаея солнечная  cigs
Немного видеоматериала о том как именно происходит процесс производства солнечной батареи