Попробую навести порядок в вопросе о КПД солнечных батарей - ИМХО, полезно.
Батареи солнечных элементов, даже если их КПД поднимется процентов до 97,. ...
... КПД солнечных батарей в любом случае ниже - термодинамический предел составляет меньше 90%, максимально достигнутый в лаборатории на сегодняшний день - около 43%.
Я весьма близко знаком с разнообразными фотодиодами (лично разработал десятки типов специализированных фотоприемных устройств с разными фотодиодами, причем не только с кремниевыми!). Ячейка солнечной батареи - это тот же самый фотодиод, работающий в т.н. фотовольтаическом режиме. Ниже - ликбез про КПД солнечных батарей, в котором я для упрощения текста игнорирую специфику терминологии для "крутых" полупроводников с гетеропереходом, но все принципы и числа относятся и к ним.
Наиболее фундаментальный параметр эффективности фотодиода или солнечной батареи - это квантовый выход: среднее количество электронов, поступающих в нагрузку при попадании в фотодиод одного фотона.
Квантовый выход у хороших фотодиодов давно близок к 100% в более-менее широком диапазоне длины волны (обычно от одной до двух октав). А "термодинамический предел" тут вообще не причем.
Однако
100% квантовый выход - это отнюдь не 100% КПД по мощности.
Даже при оптимальной длине волны света (для которой энергия фотона лишь чуть больше ширины запрещенной зоны в материале фотодиода)
КПД солнечной батареи (т.е., КПД фотодиода в фотовольтаическом режиме)
не может превысить примерно 50...55%, поскольку выходное напряжение фотодиода даже на холостом ходу по достаточно фундаментальным причинам не может быть более 55...60% от ширины запрещенной зоны - примерно на этом уровне принципиально насыщается рост напряжения с ростом освещенности. В частности, для монокристаллического кремния ширина запрещенной зоны 1,23 эВ, оптимальная энергия фотона около 1,3 эВ (длина волны 0,95 мкм), а максимально возможное напряжение - до 0,7 В (реально до 0,5...0,6 В).
Дальнейшее снижение максимально возможного КПД вызвано распределением мощности солнечного света по спектру ("колокольчик" с максимумом примерно при 0,55 мкм). Излучение с длиной волны, большей "красной границы" фотоэффекта в материале фотодиода (т.е., с энергией фотона меньше ширины запрещенной зоны) не поглощается и просто пропадает. А для излучения с длиной волны, меньшей оптимальной, при 100% квантовом выходе КПД пропорционален длине волны, ибо энергия фотона обратно пропорциональна длине волны, а энергия электрона, созданного этим фотоном, на выходе фотодиода остается той же самой (для кремния - до 0,7 эВ). Это называется "стоксовы потери".
В результате
КПД кремниевой солнечной батареи для реального солнечного света не может превышать примерно 25%, а батарей из более коротковолновых полупроводников (т.н. соединений А3В5 и тройных соединений), у которых оптимальная длина волны около 0,6...0,65 мкм,
не может превышать примерно 35%.
И эти значения КПД давно достигнуты в лаборатории для батарей из монокристаллических полупроводников.
Более высокие значения КПД (теоретически примерно
до 45%) в принципе
возможны, и реально уже получены,
только в многослойных структурах: верхний слой - коротковолновый фотодиод, прозрачный для длинноволнового излучения, а под ним - длинноволновый фотодиод.
Однако такие структуры безнадежны в экономическом плане. Кстати, в одном из разработанных мной фотоприемных устройств (для лабораторных сканирующих спектрометров) применяется такой двухслойный фотодиод, эффективный в спектральном диапазоне от 0,35 мкм до 1,7 мкм, а на заказ можно делать хорошие двухслойные фотодиоды с диапазоном от 0,19 мкм до 1,7 мкм.
А вот повышение КПД солнечных батарей до указанных выше пределов - это исключительно вопрос удешевления технологии производства. Сложные полупроводники, с предельным КПД около 35%, намного дороже кремния и останутся намного дороже в любом обозримом будущем. Кроме того, их составляющие запредельно ядовиты (мышьяк и прочая отрава).
Монокристаллический кремний, с предельным КПД около 25%, также дорог, но не безнадежен в обозримой перспективе. А
наиболее дешевыми являются батареи из поликристаллического кремния и, особенно, из тонкопленочного кремния. Но реальный КПД таких батарей - порядка 15% и порядка 10%, соответственно (максимальное выходное напряжение существенно меньше, чем у монокристаллического кремния).
Цена таких батарей (комплектно с сопутствующим оборудованием) -
около 4 долларов за 1 Вт максимальной выходной мощности, и эта цена неуклонно снижается. Эта цена значительно выше цены ветряков (порядка 1 доллара за 1 Вт), но в полупроводниковом производстве не исключен прорыв.
Помимо рассмотренных принципиальных ограничений на КПД собственно фотоэффекта,
есть еще 2 вида неизбежных потерь.
1) Френелевское отражение от поверхности полупроводников - порядка 40%, но эти потери снижаются до нескольких % разными прозрачными покрытиями, которые все равно нужны для защиты полупроводника от окружающей среды. К сожалению, эти потери значительно возрастают при наклонном падении света на батарею, т.е., они сокращают эффективную продолжительность дня.
2) Преобразование выходного напряжения солнечной батареи в "потребительское" напряжение (например, в напряжение промышленной сети) происходит с потерями порядка 10% (если не применять аккумуляторы!).
В общем,
эти потери в сумме должны быть в пределах 15...20%, т.е., они не меняют принципиальную оценку применимости солнечных батарей. .
. Наверное, я где-то неудачно выразился - хотя не вижу, где именно 
