Краткая история развития мировой фотоэлектрической энергетики
Исторический обзор поможет нам понять развитие фотоэлектрических технологий. Ниже в хронологическом порядке представлены исторические события, связанные с развитием солнечных элементов:
С момента открытия французским ученым Э. Беккерелем в 1839 году фотовольтаического эффекта (также известного как фотогальваническое явление) в жидкостях солнечные элементы прошли длительную историю развития, охватывающую более 160 лет.
В целом, как фундаментальные исследования, так и технологический прогресс сыграли положительную роль в развитии солнечных элементов. Успешная разработка монокристаллических кремниевых солнечных элементов тремя учёными из Белл Лаборатории в США сыграла решающую роль в практическом применении солнечных элементов. Это стало важной вехой в истории развития солнечных элементов. До настоящего времени базовая структура и принцип работы солнечных элементов остаются неизменными.
В 1877 году У. Г. Адамс и Р. Э. Дэй изучили фотоэлектрический эффект селена (Се) и создали первый селеновый солнечный элемент.
В 1883 году американский изобретатель Чарльз Фриттс описал принцип работы первого селенового солнечного элемента.
В 1904 году Хальвакс обнаружил, что сочетание меди и закиси меди (Cu/Cu2O) обладает фоточувствительностью; немецкий физик Альберт Эйнштейн опубликовал статью о фотоэлектрическом эффекте.
В 1918 году польский учёный Чохральский разработал метод Чохральского выращивания монокристаллического кремния.
В 1921 году немецкий физик Альберт Эйнштейн получил Нобелевскую премию по физике за свою теорию 1904 года, объясняющую фотоэлектрический эффект.
В 1930 году Б. Ланг исследовал солнечные элементы на основе оксида меди/меди и опубликовал статью дддххх«Новый тип фотоэлектрического элемента».дддххх В. Шоттки опубликовал статью дддххх«Новый тип фотоэлектрического элемента на основе оксида меди».дддххх
В 1932 году Одоберт и Стора открыли фотоэлектрический эффект сульфида кадмия (CdS).
В 1933 году Л. О. Грондаль опубликовал статью дддххх«Медно-оксидные выпрямители и фотоэлементы».дддххх
В 1941 году Орр открыл фотогальванический эффект на кремнии.
В 1951 году были выращены p-n-переходы, что позволило изготавливать монокристаллические германиевые солнечные элементы.
В 1953 году доктор Дэн Тривич из Университета Уэйна завершил первый теоретический расчет фотоэлектрической эффективности различных материалов с разной шириной запрещенной зоны на основе солнечной энергии.
В 1954 году П. Раппапорт и другие сотрудники РКА Лаборатории сообщили о фотоэлектрическом эффекте сульфида кадмия (РКА: Радио Корпорация из Америка).
Исследователи из Белл Лаборатории Д.М. Чапин, К.С. Фуллер и Г.Л. Пирсон сообщили об открытии монокристаллического кремниевого солнечного элемента с эффективностью 4,5%, которая несколько месяцев спустя достигла 6%.
В 1955 году компания Западный Электрический начала продавать коммерческие патенты на кремниевую фотоэлектрическую технологию. В Университете Аризоны прошла международная конференция по солнечной энергетике. Компания Хоффман Электроника выпустила коммерческий продукт – солнечную батарею с эффективностью 2%, мощностью 14 мВт и ценой 25 долларов за батарею, что эквивалентно 1785 долларам за ватт.
В 1956 году П. Паппапорт, Дж. Дж. Лоферски и Э. Г. Линдер опубликовали статью под названием «Эффекты электронного тока в германиевых и кремниевых p-n-переходах».
В 1957 году компания Хоффман Электроника достигла 8% эффективности своей монокристаллической кремниевой ячейки. Д.М. Чепин, К.С. Фуллер и Г.Л. Пирсон получили патенты на своё устройство для преобразования солнечной энергии.
В 1958 году Т. Манделькорн из Корпуса связи США разработал монокристаллические кремниевые фотоэлектрические элементы n/p-типа, обладающие высокой радиационной стойкостью, что сделало их незаменимыми для космических батарей. Компания Хоффман Электроника достигла 9% эффективности монокристаллических кремниевых элементов. Был запущен первый спутник с фотоэлектрическими элементами, Пионер 1. Он был оснащен фотоэлектрическим элементом площадью 100 см² и выходной мощностью 0,1 Вт, который использовался для питания резервного микрофона мощностью 5 мВт.
В 1959 году компания Хоффман Электроника достигла коммерческого КПД монокристаллического кремниевого элемента 10%, значительно снизив последовательное сопротивление элемента благодаря использованию сетчатого электрода. Был запущен спутник Исследователь 6, оснащенный массивом из 9600 солнечных элементов площадью 2 см² каждый общей мощностью 20 Вт.
В 1960 году компания Хоффман Электроника достигла эффективности 14% в монокристаллических кремниевых ячейках.
В 1962 году был запущен первый коммерческий спутник связи Телстар, использующий солнечные элементы мощностью 14 Вт.
В 1962 году был запущен первый коммерческий спутник связи Телстар, использующий солнечные элементы мощностью 14 Вт.
В 1962 году был запущен первый коммерческий спутник связи Телстар, использующий солнечные элементы мощностью 14 Вт.
В 1963 году корпорация Острый успешно произвела модули фотоэлектрических элементов; Япония установила на маяке фотоэлектрическую батарею мощностью 242 Вт, которая на тот момент была крупнейшей в мире.
В 1964 году был запущен космический корабль "Numberlan", оснащенный фотоэлектрической батареей мощностью 470 Вт.
В 1965 году Питер Глейзер и А. Д. Литтл предложили концепцию спутниковой солнечной электростанции.
В 1966 году была запущена крупная орбитальная астрономическая обсерватория, оснащенная фотоэлектрической батареей мощностью 1000 Вт.
В 1972 году французские исследователи установили фотоэлектрическую систему на основе сульфида кадмия в сельской школе в Нигере для питания образовательного телевидения.
В 1973 году в Университете Делавэра в США был построен первый в мире фотоэлектрический дом.
В 1974 году в Японии был запущен проект дддхххСолнечный свет Проектддддхххх для фотоэлектрической генерации. Компания Тайко Лаборатории вырастила первую ленту кристаллического кремния ЭФГ шириной 25 мм и длиной 457 мм (ЭФГ означает Край Определенный Фильм ФРС-Рост).
В 1977 году мировое производство фотоэлектрических элементов превысило 500 кВт. Д. Э. Карлсон и К. Р. Вронски, опираясь на работу У. Э. Спира 1975 года по управлению p-n-переходом, разработали первый в мире солнечный элемент на основе аморфного кремния (a-Си).
В 1979 году мировая установленная мощность солнечных батарей достигла 1 МВт.
В 1980 году компания АРКО Солнечный стала первым производителем фотоэлектрических элементов, достигшим годовой производственной мощности 1 МВт. Компания Саньо Электрический первой применила элементы из аморфного кремния в карманном калькуляторе, а затем осуществила массовое производство модулей из аморфного кремния и провела испытания на открытом воздухе.
В 1981 году успешно совершил полет самолет Солнечный Претендент, работающий на фотоэлектрических батареях.
В 1982 году мировое производство солнечных батарей превысило 9,3 МВт. В 1983 году мировое производство солнечных батарей превысило 21,3 МВт. Автомобиль SolarTrek мощностью 1 кВт, работающий на фотоэлектрических батареях, пересёк Австралию, преодолев 4000 км за 20 дней.
В 1984 году был представлен коммерческий модуль солнечной батареи из аморфного кремния площадью 929 см2.
В 1985 году цена монокристаллических кремниевых солнечных элементов достигла 10 долларов США/Вт. Мартин Грин из Университета Нового Южного Уэльса (Австралия) разработал монокристаллический кремниевый солнечный элемент с эффективностью 20%.
В июне 1986 года компания АРКО Солнечный выпустила G-4000, первый в мире коммерческий тонкопленочный солнечный элемент "power модуль.дддхххх
В ноябре 1987 года автомобиль ГМ Санрейсер выиграл гонку автомобилей с фотоэлектрическими установками Пентакс Мир Солнечный Испытание, проехав 3100 км по Австралии со средней скоростью около 71 км/ч.
В 1990 году годовое производство солнечных элементов в мире превысило 46,5 МВт.
В 1991 году годовое производство солнечных элементов в мире превысило 55,3 МВт; разработанный швейцарским профессором Гратцелем солнечный элемент с сенсибилизированным красителем на основе нано-TiO2 имел эффективность 7%.
В 1992 году годовое производство солнечных элементов в мире превысило 57,9 МВт.
В 1993 году годовое производство солнечных элементов в мире превысило 60,1 МВт.
В 1994 году годовое производство солнечных элементов в мире превысило 69,4 МВт.
В 1995 году годовое производство солнечных элементов в мире превысило 77,7 МВт; общая установленная мощность фотоэлектрических преобразователей достигла 500 МВт.
В 1996 году годовое производство солнечных элементов в мире превысило 88,6 МВт.
В 1997 году годовое производство солнечных элементов в мире превысило 125,8 МВт.
В 1998 году годовой объем производства солнечных элементов в мире превысил 151,7 МВт; впервые объем производства поликристаллических кремниевых солнечных элементов превысил объем производства монокристаллических кремниевых солнечных элементов.
В 1999 году годовое производство солнечных элементов в мире превысило 201,3 МВт. М. А. Контрерас и др. из Национальной исследовательской лаборатории США (НРЭЛ) сообщили, что эффективность солнечных элементов на основе меди, индия и олова (СНГ) достигла 18,8%, а доля рынка солнечных элементов на основе аморфного кремния составила 12,3%.
В 2000 году годовое производство солнечных элементов в мире превысило 399 МВт. У С., Дхере Р.Г., Айбин Д.С. и др. сообщили, что эффективность солнечных элементов на основе теллурида кадмия (CdTe) достигла 16,4%, а цена монокристаллических кремниевых солнечных элементов составила приблизительно 3 долл. США/Вт.
В 2002 году годовое производство солнечных элементов в мире превысило 540 МВт. Цена поликристаллических кремниевых солнечных элементов составляла около 2,2 долл. США/Вт.
В 2003 году годовое производство солнечных элементов в мире превысило 760 МВт. Немецкая компания Фраунгофер ИСЭ достигла эффективности 20% для своих кристаллических кремниевых солнечных элементов ЛФК (лазерно-контактных).
В 2004 году мировое производство солнечных элементов превысило 1200 МВт. Институт Фраунгофера (Фраунгофер ИСЭ, Германия) сообщил об эффективности поликристаллических кремниевых солнечных элементов, составляющей 20,3%. Доля аморфных кремниевых солнечных элементов на рынке составила 4,4%, что составляет треть от уровня 1999 года. На CdTe пришлось 1,1%, а на СНГ – 0,4%.
В 2005 году мировое годовое производство солнечных элементов достигло 1759 МВт.
