saulės elemento schema: 1 – Saulės spinduliuotė, 2 – elektros grandinė, 3 – viršutinis elektrodas, 4 – pn sandūra, 5 – apatinis elektrodas
sáulės elemeñtas, puslaidininkinis įtaisas, Saulės spinduliuotės energiją keičiantis elektros energija. Saulės elemento veikimas grindžiamas elektromagnetinės spinduliuotės ir medžiagos sąveikoje vykstančiu fotoelektriniu reiškiniu. Gaminamas dažniausiai iš silicio. Į silicį įmaišius šiek tiek priemaišų jo elektrines savybes galima keisti norima linkme, pvz., įmaišius fosforo priemaišų – jis tampa n laidumo puslaidininkiu, boro – p laidumo puslaidininkiu. Saulės elementas – tai dviejų skirtingo laidumo medžiagų sandūra. Abi medžiagos atskirai yra elektriškai neutralios, bet pn sandūros srityje susikuria elektrinis laukas. Į saulės elementą krintantys saulės spinduliai sužadina elektronus ir skyles, kurie pn sandūros elektrinio lauko atskiriami į dvi priešingo ženklo krūvio sritis. Prie sluoksnių prijungus išorinę grandinę joje ima tekėti srovė. Saulės elementai dažniausiai daromi iš plonų monokristalinio silicio diskų, polikristalinių silicio plokštelių (juostelių) arba plonos amorfinio silicio plėvelės.
Monokristaliniams silicio diskams gauti naudojami didelių matmenų silicio kristalai, polikristalinio silicio plokštelėms (juostelėms) – silicio liejiniai (gaunami specialiose formose ataušinus silicio lydalą). Jie pjaustomi į reikiamo storio plokšteles. Amorfinio silicio plėvelės dažniausiai gaunamos plazmocheminio nusodinimo technologija. Saulės elemento viršutinis (į saulę atsuktas) elekrodas, kad neuždengtų saulės spindulių, daromas tarpusavyje sujungtų metalinių takelių pavidalo, o apatinis būna ištisinis. Išorinį saulės elemento paviršių nuo mechaninio poveikio saugo apsauginis, saulės spindulius praleidžiantis, sluoksnis (dažniausiai stiklas). Saulės elemento srovė tiesiogiai proporcinga saulės spinduliuotės intensyvumui, o įtampa priklauso nuo sandūros savybių. Praktikoje saulės elementai jungiami į modulius, šie į plokštes, o jos – į saulės elementų laukus. Modulis sudaromas iš lygiagrečiai ir nuosekliai sujungtų saulės elementų. Surinktas jis dar laminuojamas ir aprėminamas. Modulio svarbiausias parametras – didžiausioji galia, pagal kurią sudaromos saulės elementų plokštės ir saulės elementų laukai. Standartinių modulių galia – nuo dešimties iki kelių šimtų vatų. Didžiausią galią modulis pasiekia, kai į jo paviršių saulės spinduliai krinta statmenai. Šiam tikslui įrengiama sekimo sistema, kuri modulius automatiškai, pagal numatytą programą, orientuoja į Saulę. Idealaus vienos sandūros saulės elemento efektyvumas neviršija 30 %, nes dalis sugertos šviesos virsta šiluma.
Saulės elementų gamybai t. p. pradėti naudoti plonasluoksniai elementai (norint pakeisti brangią silicio technologiją). Naudojami polikristaliniai kadmio telūrido, vario indžio diselenido, organinių polimerų pagrindu sukurti saulės elementai. Siekiant padidinti saulės elementų efektyvumą ir atpiginti jų gamybą kuriamos naujos medžiagos ir technologijos. Vienas tokių būdų yra šviesos surinkimas iš didelio ploto ir fokusavimas į mažo ploto saulės celę, elemento efektyvumą padidinantis apie 40 %. Kitas – daugiasluoksnė sandara su skirtingais draudžiamų energijų tarpais, pvz., tandeminis elementas, kurio paviršiuje esantis sluoksnis sugeria trumpabangę šviesą, o po juo esantis – ilgabangę (saulės elemento efektyvumas siekia 55 %). Pirmasis pn sandūros saulės elementas sukurtas 1954.
saulės elementų montavimas ant gamyklos stogo
653