Lykilatriði ljósvakatækninnar er sólarljósafruman. Þróun sólarljósafrumna má gróflega skipta í þrjár kynslóðir. Fyrsta kynslóðin er sílikon sólarsellur; önnur kynslóðin er þunnfilmu sólarsellur; ný tækni eins og kraftmikil þéttingarfrumur, lífrænar sólarsellur, sveigjanlegar sólarsellur og litarefnisnæmar nanó-sólarfrumur eru sameiginlega nefndar þriðju kynslóðar sólarsellur. Sem stendur er almenna straumurinn fyrsta kynslóðin af sílikonbyggðum sólarsellum og markaðshlutdeild þunnfilmufrumna stækkar smám saman. Að undanskildum aflmiklum einbeitingarfrumum eru flestar þriðju kynslóðar frumur enn á rannsóknar- og þróunarstigi rannsóknarstofu.
Kísil sólarsellur
Meðal kísilsólarfrumna er einkristallað kísiltækni sú þroskaðasta. Skilvirkni og kostnaður slíkra frumna er fyrst og fremst fyrir áhrifum af framleiðsluferlum þeirra. Framleiðsluferlið er aðallega skipt í nokkur skref eins og steypu úr hleifum, sneið, dreifingu, áferð, skjáprentun og sintrun. Ljósrafmagnsbreytingarnýtni sólarselna sem framleidd er með þessu algenga ferli er almennt 16 prósent -18 prósent.
Umbreytingarhagkvæmni einkristallaðra sílikonsólfrumna er hæst, en kostnaðurinn er einnig hærri. Fjölkristallaðar sílikon sólarsellur geta lækkað kostnað mjög vel. Kosturinn er sá að það getur beint framleitt fermetra sílikonhleifar í stórum stærðum sem henta fyrir stórframleiðslu. Búnaðurinn er tiltölulega einfaldur, þannig að framleiðsluferlið er einfalt, orkusparandi og sílikonefnissparnaður. Efniskröfur eru einnig tiltölulega lágar.
Auk þess að draga úr kostnaði við efni og kostnað við sólarsellur, er það aðallega náð með tveimur þáttum: einn er að draga úr rekstrarvörum, svo sem að draga úr þykkt kísilþráða; hitt er að bæta skilvirkni viðskipta. Leiðir til að bæta skilvirkni fela í sér eftirfarandi þætti: Í fyrsta lagi er að auka frásog ljóss, svo sem yfirborðsáferð, undirbúningur á endurspeglunarlögum og að draga úr breidd framrafskautsins. Annað er að draga úr endursamsetningu ljósmyndaðra burðarefna og bæta ljóseindanýtingu, svo sem losunartækni. Þriðja er að draga úr viðnáminu og auka frásog ljósstraumsins af rafskautinu, svo sem skipting lyfjanotkun og rafsviðstækni.
Núverandi met fyrir ljósaskilvirkni einkristallaðra sílikonsólfrumna er 24,7 prósent búin til af PERL-sólarfrumum háskólans í Nýja Suður-Wales. Tæknilegir eiginleikar þess eru meðal annars: styrkur fosfórs á kísilyfirborðinu er lágur til að draga úr endursamsetningu yfirborðsins og forðast tilvist yfirborðs "dauðra laga"; staðbundin dreifing með háum styrk er notuð undir rafskautum að framan og aftan til að draga úr endursamsetningu rafskautssvæðisins og mynda góða Ohmic snertingu; rafskautið á framhliðinni er þrengt með ljóslitafræðiferlinu til að auka ljósgleypnisvæðið; rafskautið á framhliðinni notar blöndu af fleiri samsvarandi málmum eins og títan, palladíum og silfri til að draga úr snertiviðnám milli rafskautsins og sílikonsins; fram- og afturflöt rafhlöðunnar nota SiO2 og punktsnertiaðferðir til að draga úr endursamsetningu yfirborðs frumna. Hins vegar hefur tæknin ekki enn verið iðnvædd.
Til viðbótar við PERL tækni er einnig hægt að nota aðra tækni til að bæta skilvirkni viðskipta. Svo sem eins og yfirborðsgrópað rúskinnsfruma BP Solar og bakrafskaut (EWT) með tækni. Fyrrverandi dregur aðallega úr breidd framhliðar rafskautsins í gegnum leysirgrópferlið og eykur frásogssvæði sólarljóss og stórframleiðsla getur náð skilvirkni upp á 18,3 prósent; Bakhliðin, sem eykur þannig ljósgleypni framhliðarinnar, getur náð 21,3 prósent skilvirkni.
Þunn filmu sólarsellur
Kristallaðar sílikon sólarsellur eru mjög duglegar og eru enn ráðandi í stórum stíl og iðnaðarframleiðslu. Hins vegar, vegna tiltölulega hátt verðs á kísilefnum, er mjög erfitt að draga verulega úr kostnaði þess. Til að finna aðra kosti en kristallaðar sílikonfrumur hafa komið fram ódýrari þunnfilmu sólarsellur. Almennu þunnfilmu rafhlöðurnar eru þunnfilmu rafhlöður sem eru byggðar á sílikon, þunnfilmu rafhlöður af kadmíumtellúriði (CdTe) og þunnfilmu rafhlöður úr kopar indíum gallíum seleníði (CIGS).
Þykkt þunnfilmu sem byggir á sílikon er aðeins 2 míkron. Í samanburði við kristallaðar kísillfrumur með þykkt um 180 míkron, er magn kísilefnis aðeins um 1,5 prósent af því sem kristallaðar kísilfrumur eru og kostnaðurinn er lítill. Samkvæmt fjölda PN-móta sem eru innifalin er þunnfilmufrumum sem byggjast á sílikoni skipt í eintengda frumur, tvöfalda frumur og fjöltenna frumur. Mismunandi PN-mót geta tekið í sig sólarljós af mismunandi bylgjulengdum. Eins og er getur mesta skilvirkni einhliða frumna náð 7 prósentum og tvískipt frumur geta náð 10 prósentum.
Vegna góðs ljósgleypnihraða efnisins er umbreytingarvirkni kadmíumtellúríð þunnfilmufrumna meiri en þunnfilmufrumna sem eru byggð á sílikon og núverandi skilvirkni getur náð 12 prósentum. Hins vegar hefur frumefnið kadmíum krabbameinsvaldandi áhrif og náttúrubirgðir tellúríums eru takmarkaðar, sem takmarkar langtímaþróun þessarar rafhlöðu.
Kopar indíum gallíum seleníð þunnfilmu rafhlöður eru taldar vera framtíðarþróunarstefna hávirkra þunnfilmu rafhlöður, sem geta bætt frásogshraða sólarljóss með því að stilla framleiðsluferlið og þar með bætt umbreytingarskilvirkni. Sem stendur getur umbreytingarnýting rannsóknarstofunnar náð 20,1 prósentum og skilvirkni vörunnar getur náð 13-14 prósentum , sem er það hæsta af öllum þunnfilmu rafhlöðum.
Þriðja kynslóð sólarsellur
Þriðja kynslóðar frumur geta fræðilega náð meiri umbreytingarhagkvæmni. Á þessu stigi, nema þykknifrumur, eru flestar þeirra enn á rannsóknarstigi rannsóknarstofu.
Þéttifrumur nota almennt III-V hálfleiðara efni, aðallega vegna þess að III-V hálfleiðarar hafa miklu meiri háhitaþol en kísill, hafa samt mikla myndrafvirkni við mikla lýsingu og margmóta uppbyggingin gerir frásogsrófið og sólarljóssviðið. eru nálægt því sama og fræðileg umbreytingarhagkvæmni getur náð 68 prósentum. Sem stendur eru þrjú PN-mót mynduð af þremur mismunandi hálfleiðurum, germaníum, gallíumarseníði og gallíumindíumfosfór. Ef framleiðsla fer fram í stórum stíl getur skilvirknin orðið meira en 40 prósent.
Sólarsellum er pakkað inn í sólareiningar og notkun mismunandi sólarsella fer eftir eigin einkennum þeirra og þróun eftirspurnar á markaði. Í árdaga var sólarorka aðallega notuð í samskiptastöðvum og gervi gervihnöttum og fór síðar smám saman inn á borgaralega sviðið, svo sem sólarþök. Í þessum tilfellum er uppsetningarsvæðið lítið og þörfin fyrir orkuþéttleika er mikil, þannig að kristallaðar kísileiningar eru í aðal markaðshlutdeild. Með þróun stórfelldra sólareyðimerkurvirkjana og ljósvirkjabygginga hefur alhliða kostnaður smám saman komið í stað orkuþéttleika sem mikilvægur þáttur sem þarf að hafa í huga og notkun þunnfilmu rafhlöðu er að aukast. Að auki hefur notkun mismunandi tækni einnig áhrif á aðra þætti eins og notkunarumhverfi og loftslagsaðstæður.
