Saules baterija, kas pazīstama arī kā fotoelements, ir enerģijas uztveršanas ierīces nosaukums. Tas absorbē saules gaismu un pārvērš to elektrībā, izmantojot fotoelektrisko efektu. Kopš to izveides šīs šūnas ir dramatiski attīstījušās, un pēdējos gados šajā tehnoloģijā ir gūti īpaši lieli panākumi.
Vienkāršāk sakot, saules baterija darbojas, absorbējot saules gaismu. Gaismas fotoni ieplūst panelī un tiek absorbēti ar kaut kādu pusvadītāju materiālu. Lielākā daļa mūsdienu ir izgatavoti no silīcija, lai gan tiek eksperimentētas ar citām vielām kā pusvadītājiem, lai padarītu tos rentablākus un videi draudzīgākus. Pēc tam elektroni tiek atbrīvoti no saimnieka atoma, un tie brīvi pārvietojas kā elektrība. No saules baterijas šī elektroenerģija pēc tam iziet cauri lielākam blokam, kur tā tiek pārvērsta līdzstrāvas (DC) elektrībā, ko vēlāk var pārveidot par maiņstrāvu (AC).
Fotoelementu efekts pirmo reizi tika prezentēts 19. gadsimta sākumā. 1880. gadsimta 1. gados ideja tika praktiski izmantota, izveidojot pirmo saules bateriju, kas izgatavota, izmantojot selēnu kā pusvadītāju. Pirmā bija aptuveni 1% efektīva, kas nozīmē, ka tai izdevās uztvert XNUMX% no kopējās saules enerģijas, kas skāra šūnu.
1954. gadā uzņēmums Bell Labs atklāja, ka silīciju var nedaudz pārveidot, lai padarītu to neticami jutīgu pret gaismu. Tas noveda pie mūsdienu revolūcijas fotoelektrisko elementu jomā, kur agrīnie silīcija elementi darbojās ar aptuveni 6% efektivitāti. 1958. gadā ar viņiem kā enerģijas avotu tika palaists satelīts Vanguard 1. Tas ļāva satelītam palikt ģeosinhronā orbītā uz nenoteiktu laiku, jo tas nebija atkarīgs no ierobežota daudzuma degvielas.
1970. un 1980. gados saules tehnoloģija turpināja uzlaboties. Līdz 1988. gadam tika ražoti masveidā tie, kuru efektivitāte bija 17%, un desmitgades beigās tie, kas izgatavoti gan no gallija arsenīda, gan silīcija, bija pārsnieguši 20% efektivitāti. Astoņdesmito gadu beigās parādījās arī jauna veida tehnoloģija, izmantojot lēcas, lai koncentrētu saules gaismu vienā šūnā. Šis augstais enerģijas blīvums tajā laikā ļāva sasniegt līdz pat 1980% efektivitāti.
Ir trīs galvenās saules bateriju klasifikācijas, ko dēvē par “paaudzēm”, jo tehnoloģijas pirmo reizi parādījās. Pirmās paaudzes šūna ir tas, ko lielākā daļa cilvēku domā, domājot par šo tehnoloģiju. Tie veido aptuveni 90% no saules baterijām pasaulē, un to teorētiskā maksimālā efektivitāte ir aptuveni 33%.
Otrās paaudzes saules baterija ir izstrādāta tā, lai tā būtu ievērojami lētāka un vieglāk ražojama. Izmantojot tādas tehnoloģijas kā galvanizācija un tvaiku pārklāšana, otrās paaudzes var masveidā ražot salīdzinoši lēti. Tās parasti ir tikai plāna plēve no kāda veida materiāla, piemēram, amorfā silīcija vai kadmija telurīda, kas ļoti plānā loksnē tiek uzklāta uz tāda materiāla kā keramika vai stikls.
Trešās paaudzes šūnas izmanto otrās paaudzes tehnoloģiju un mēģina ievērojami uzlabot to efektivitāti. Tās ir visprogresīvākās tehnoloģijas, kurās tiek izmēģinātas jaunas koncentrācijas metodes, tiek izmantots papildu siltums, lai palielinātu radīto spriegumu, un citas tehnoloģijas, lai sasniegtu mērķa efektivitāti diapazonā no 30% līdz 60%.