Розвіданих запасів енерготопліва при сучасному темпі зростання споживання енергії повинно вистачити приблизно від 70 до 130 років. Але є варіант переходу на інші джерела, такі як сонячна енергія. Але, навіть якщо на Земній кулі будуть відкриті невичерпні ресурси енергосировини, екологічної біди не вдасться уникнути. Через 100 років на Землі буде стільки вироблятися енергії, що може статися екологічна катастрофа. Це призведе до танення полярних льодів, через що дуже сильно збільшиться рівень Світового океану. В цьому випадку, країнах і містах, які знаходяться на узбережжі океану, сонячна енергія просто-напросто не знадобиться, їх змиє або затопить.
Як все це відбувається можна докладно прочитати в підручнику з фізики. Ми це коротко пояснимо. Заборонені енергозони в окремих напівпровідниках по ширині дорівнюють розміру енергії кванта світла. Що таке заборонена зона? Якщо говорити коротко, то це так званий потенційний бар'єр, який потрібно пройти електрону при стрибку з одного на інший атом в кристалічній решітці. Після того як поглине фотон, електрон стає рухомим, а значить, виникає електричний струм. Електричний струм - це спрямований рух електрозарядов.
Але от невдача, фотоіндуковані електрони можуть рухатися в обидва боки. ЕРС різних знаків можуть компенсувати один одного. При такому розкладі струму не буде.
Якщо ж поєднати 2 напівпровідника (часто користуються кремнієм), легованих різними домішками (перша, в силу несумісних валентностей, привносить в початкове речовина нескомпенсовані електрони - це виходить напівпровідник типу-n, а друга, чия валентність трохи менше, призводить до утворення дірок, носіїв «+» зарядів - виходить напівпровідник типу -р), на кордоні напівпровідників створюється n-р-перехід.
Ще зовсім недавно фотоелектроенергія коштувала дуже дорого. До 1982 року в нашій державі фотоелементи проводилися для космічних цілей. У наш час з'явилося дослідне виробництво дискових сонячних елементів для господарських цілей. Сонячна енергія зменшилася в ціні в 3-4 рази. Але, при будь-яких розкладах, 7-10 рублів за 1 Ватт - це дуже дорого. В даний час йде пошук способів, при яких би сонячна енергія коштувала трохи дешевше і була доступна для загального користування. Є одна цікава розробка нашого вченого А. Степанова. Він висунув непогане судження не вирощувати високоякісний кремній у вигляді великих злитків, які потім потрібно пиляти на круглі пластинки, а ті, потім ретельно полірувати, при цьому витрачаючи велику кількість енергії і даремно витрачаючи матеріал. Він запропонував витягати його вельми тоненькими стрічками з розплаву. При цьому варіанті зменшується вартість фотоелементів і зростає ефект від сонячних батарей, так як можна стрічки стуляти дуже щільно, а між дисковими елементами залишається невикористана простір.
Сонячна енергія - це камінь спотикання для всіх вчених, так як ККД кремнієвих елементів дуже маленький. Так як лише маленька частина цієї енергії в напівпровідниках поглинається електронами, велика частина падаючого випромінювання йде для нагріву фотоелемента (це знижує його фотоелектричні характеристики), частина їх відбивається, а якась пробиває його наскрізь.
Нагадаємо, в напівпровіднику заборонена зона дуже вузька, а відповідно і невелике «енергетичне меню» електронів. Також, великі втрати енергії пов'язані з рекомбінацією дірок і електронів.
В результаті коефіцієнт корисної дії сонячних елементів не буде перевищувати 10%. Але вже є дослідні зразки, які були отримані в лабораторіях А. Зайцевої, М. Кагана, коефіцієнт корисної дії яких дорівнюють 15-17%. І це ще не максимальна межа. Експертами було розраховано, що межа ККД сонячних елементів з n-р-переходом може досягати 27-30%.
Особливо перспективними є напівпровідникові перетворювачі з гетеро-переходами. Вони зроблені з 2-х різних по хімскладу напівпровідників. Саме тому вони відрізняються шириною заборонених зон. У так званій області n-р-переходу з'являється, за рахунок згладжування потенційних бар'єрів, додаткова фото ЕРС. Вчені, що працюють під настановою академіка Ж. Алфьорова, отримали на фотодиодах з гетеропереходів «арсенід галію - арсенід алюмінію», ККД приблизно дорівнює 20%.
Примітно, що нагріваючись, дані фотодіоди не втрачають фотоелектричні властивості. Вони добре працюють, навіть якщо ущільнити потік сонячної енергії в 1600 разів.
Виявилося, що з'явилася можливість зробити фотопреобразующее пристрій, який буде утилізувати весь світло, що падає на нього. Він володіє варізонних структурою, іншими словами заборонена зона у нього змінної ширини. Домогтися цього можна шляхом введення в різні зони напівпровідника різні домішки. У цьому випадку додаткова фото-ЕРС генерується в цілій просторової зоні, для різних точок якої - різні заборонені зони. У такій зоні для абсолютно будь-якого кванта знайдеться затишне містечко, де він без перешкод поглине електроном.
Теорія варіозіних структур в Росії розробляється групою вчених, і завдяки цьому, фотоперетворювачів матимуть коефіцієнт корисної дії 90%.
Також, в наш час високих технологій йде пошук нових і більш дешевих матеріалів, з яких буду проводитися фотоелементи. Дуже перспективні, на думку багатьох вчених, напівпровідникові сполуки сірки, кадмію, міді. Перетворювачі, які виходять на їх основі, найдешевші, ну ось знову ж біда - ККД у них десь 5%, і матеріали не дуже стабільні, під впливом навколишнього середовища руйнуються. Складна і дорога герметизація зводить нанівець раніше отриману економію.