ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ. СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ

Основные параметры солнечного элемента

Спектральная чувствительность солнечного элемента определяет диа­пазон значений длин волн оптического излучения, в котором практически возможно использовать данный фотоэлемент.

Ток короткого замыкания 1к з (см. рис. 2.8) соответствует максималь­ному току, который может протекать через фотоэлемент под освещением, когда он замкнут сам на себя (R = 0). Если принять U = 0, то из выражения (2.18) определяем величину тока короткого замыкания

Ік. з = - 1ф. (2.20)

Таким образом, ток короткого замыкания равен фотогенерируемому солнечным элементом току.

Напряжение холостого хода солнечного элемента Ux. х (см. рис. 2.8) соответствует напряжению на разомкнутых клеммах фотоэлемента (R = да). Оно может быть получено, если принять в уравнении (2.18) I = 0

Подпись: 'У V Is J Подпись: (2.21)Подпись: +1ТТ kT.

Uх. х = ln

e

Из выражения (2.21) следует, что их х может быть повышено за счет увеличения отношения Іф/І5 Этого можно добиться, снижая темновой ток либо в результате увеличения уровня легирования подложки (см. уравне­ние (2.17)), либо увеличения времени жизни неосновных носителей. Уве­личение тока короткого замыкания (см. уравнение (2.20)) также может при­вести к повышению напряжения холостого хода, однако эффект не так за­метен, как в случае уменьшения темнового тока. На практике увеличения их. х добиваются за счет создания поля на обратной стороне пластины в ре­зультате введения р+-слоя и формирования структуры p-p+. Подобная структура не только обеспечивает отражение неосновных носителей назад в область p-n-перехода, но также уменьшает контактное сопротивление тыльного электрода. В результате все основные параметры солнечного
элемента — 1к. з, Ux. х, фактор формы, КПД улучшаются. Напряжение хо­лостого хода для кремниевых солнечных батарей с ^-«-переходом находит­ся в диапазоне от 0,5 до 0,7 В в зависимости от конструкции солнечного элемента, уровня легирования и т. д.

image040 image041

С учетом выражения (2.19) получаем

image042 Подпись: (2.22)

При большом уровне освещения, когда 1ф/^ >> 1, имеем

При малом уровне освещения, когда Іф/Is << 1, используем разложение в ряд Тейлора

Подпись: их.х = kT-Pysi и

hvL

Таким образом, при малом уровне возбуждения напряжение холостого хода пропорционально интенсивности света.

Максимальная вырабатываемая солнечным элементом выходная мощ­ность обозначена на рис. 2.8 точкой Pm (Pm = ImUm, где Im, Um — соответствую­щие максимальной вырабатываемой мощности значения тока и напряжения).

Выходная мощность равна

P = IU = IsU(e4U/kT - 1) - ^U.

image045

Условие максимума выходной мощности можно найти, при dP/dU = 0. Отсюда получаем

где

 

image046
image047

Em — e

 

 

Величина Em соответствует максимальной энергии, выделяемой в на­грузке при поглощении одного фотона с условием оптимального согласова­ния фотоэлемента с внешней цепью. Поскольку величина Em зависит от Is,

она зависит от параметров материала (например т, D, уровень легирования). Идеальная эффективность преобразования реализуется при оптимальном выборе параметров материала, когда величина Is минимальна.

Важным параметром, характеризующим качество солнечных элемен­тов, является коэффициент формы, или коэффициент заполнения вольт­амперной характеристики k:

Подпись: (2.23)UmIm их. хІк. з

Отсюда

Pm = U хІк. з.

Из уравнения (2.23) следует, что коэффициент формы указывает, насколь­ко реальная ВАХ солнечного фотоэлемента отличается от идеальной, которая представляет собой прямоугольную ступеньку с напряжением их х и током Ік з.

Коэффициент формы для кремниевых солнечных батарей с p-n-пере- ходом находится в диапазоне 0,75...0,85, для СБ на основе GaAs — в диапа­зоне 0,79...0,87.

В СЭ электронно-дырочные пары могут быть генерированы солнеч­ным излучением как в n-, так и в p-области, в зависимости от того, на какой глубине произошло поглощение фотонов с данной энергией. Электриче­ское поле вблизи p-n-перехода осуществляет разделение носителей заряда и сбор электронов в n-области, а дырок — в p-области. Однако часть неос­новных носителей тока может быть потеряна в результате рекомбинации. Эффективность процесса собирания фотогенерированных носителей оце­нивается с помощью коэффициента собирания носителей заряда Q. Коэф­фициент собирания носителей заряда равен отношению количества элек­тронно-дырочных пар, разделенных полем p-n-перехода, к общему количе­ству генерированных светом электронно-дырочных пар

Q j

ЧФ0

23

где Фо — плотность потока фотонов, падающих на поверхность элемента.

Величина Q сильно зависит от коэффициента поглощения, т. е. от длины волны излучения [17].

Идеальная спектральная зависимость коэффициента собирания носите­лей заряда для полупроводника с шириной запрещенной зоны Eg представ­ляет собой ступеньку: он равен 0 при hv < Eg и равен 1 при hv > Eg (рис. 2.18). Реальная спектральная характеристика имеет вид кривой с максимумом. Мак­симальное значение Q для обычных преобразователей близко к единице и для кремния соответствует области X — 0,8-0,9 мкм, а для GaAs X — 0,7-0,8 мкм. При достаточно больших длинах волн коэффициент поглощения уменьша­ется и при а^-0 величина Q также стремится к нулю, поскольку Q ~ а. На границе собственного поглощения спектральная чувствительность и ко­эффициент собирания обращаются в нуль. Для кремния край собственного поглощения находится при X = 1,1 мкм, для GaAs — при X = 0,9 мкм [18].

Подпись: Л = image050 Подпись: Umlm P изл image052

Наконец, эффективность преобразования солнечного элемента (или КПД) равна отношению максимальной выходной мощности к мощности па­дающего излучения Ризл:

ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ. СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ

Ключевые особенности технологических процессов, используемых «Oerlikon Solar»

Plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) — активирован­ный плазмой ВЧ разряда химический процесс, наиболее распространенный для получения пленок аморфного и микрокристаллического кремния, ис­пользуемых в технологии фирмы «Oerlikon Solar». В плазме происходит …

Описание разработок технологии фирмы «Oerlikon Solar» по производству солнечных модулей на основе аморфного и микрокристаллического кремния (www. oerlikon. com)

В настоящее время солнечная энергетика является одним из наиболее перспективных видов возобновляемой энергетики. Основным устройством, используемым для прямого преобразования энергии солнечного света в элек­троэнергию, является солнечный модуль (СМ). Широкое применение …

Солнечные элементы на основе аморфного кремния

Наиболее значимыми на мировом рынке в области тонкопленочных солнечных элементов на основе аморфного кремния являются зарубежные компании, имеющие собственное производство гетероструктурных тонко­пленочных фотопреобразователей. Ведущими производителями каскадных тонкопленочных солнечных элементов на …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.