ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ЭФФЕКТИВНОСТЬ НА ПРАКТИКЕ

В реальных условиях работы эффективность фотопреобразователя

существенно отличается от идеальной по следующим причинам.

1. Отражение на поверхности. Отражение обусловлено ступенчатым изменением показателей преломления сред (воздух, материалы фотопреобразователя), че­рез которые солнечное излучение проникает к полупроводнику. Изменение коэффициента преломления можно сгладить, нанося на внешнюю поверх­ность фотопреобразователя прозрачные покрытия с показателем преломле­ния, значение которого лежит между значениями показателей преломления воздуха и кремния. Эта технология широко применяется в фотооптике и но­сит название «просветление».

2. Непрозрачность токосборников. Для съема с фотопреобразователя вырабаты­ваемого им электрического тока диод должен быть снабжен электродами на фронтальной и тыльной поверхностях. Если тыльная сторона фотодиода мо­жет быть полностью металлизирована (за исключением каскадных фотоэле­ментов), то площадь электродов на фронтальной поверхности должна быть минимизирована. Тем не менее непрозрачные электроды отсекают часть по­тока солнечного излучения от проникновения внутрь полупроводника, что ведет к снижению эффективности1).

3. Неполное использование габаритной площади фотоэлектрической панели. Большая

часть фотоэлектрических панелей изготавливается на основе полупроводни­ковых пластин круглой или многоугольной формы. Это приводит к тому, что при сборке прямоугольной фотоэлектрической панели не удается заполнить фотоэлементами всю располагаемую поверхность.

4. «Прозрачность» фотоэлементов. Эта проблема в большей мере относится к кремниевым фотоэлементам, для полного поглощения солнечного излуче­ния которыми требуется довольно большая длина пробега. Для того чтобы провзаимодействовать с потоком солнечного излучения в полном объеме толщина кремниевой полупроводниковой пластины должна быть не менее 100 мкм. С арсенидом галлия ситуация обстоит лучше: для полного поглоще­ния света достаточно иметь пластину толщиной всего в несколько микрон. Однако галлий дорогой материал (он всего примерно в 4 раза дешевле золо­та). Кроме того, имеются технологические проблемы изготовления кристаллов площадью более нескольких квадратных сантиметров. Поэтому GaAs находит пока применение в основном для космических целей (он обладает более вы­сокой радиационной стойкостью и долговечностью в условиях космического пространства, чем кремний), а также в фотоэлектрических преобразователях

11 Прим. ред. В настоящее время ведутся активные исследования и разработки, направленные на создание прозрачных для солнечного излучения электродов.

с концентраторами солнечного излучения, причем в последнем случае его существенным достоинством является меньшая чувствительность к нагреву.

5. Электрическое сопротивление фотоэлементов. Материалы, из которых изго­тавливаются фотоэлектрические преобразователи, не считаются хорошими электрическими проводниками. Поэтому с целью снизить внутренние потери конфигурация системы сбора электроэнергии и расстояние между электро­дами должны быть оптимизированы с учетом электрических характеристик материала и электродов, а также исходя из условия минимального затенения полупроводника электродной системой. Некоторые типичные технические решения электродной системы представлены на рис. 12.19. Более оригиналь­ное решение изображено на рис. 12.20. Поверхность полупроводника имеет зубчатую структуру с глубиной впадин около 50 мкм. Одна сторона зубцов металлизируется с образованием электрода, а другая воспринимает све­товой поток.

Поверхность приемника ориентируется в пространстве таким образом, чтобы световой поток падал перпендикулярно на активную поверхность, а металли­зированная поверхность находилась в тени. Следовательно, площадь электро­дов может быть увеличена, а их электрическое сопротивление соответственно уменьшено без существенного уменьшения активной площади фотопреобра­зователя или даже с возможностью ее некоторого увеличения по сравнению с плоской конструкцией.

6. Время жизни носителей. Некоторые электронно-дырочные пары образуются достаточно далеко от /j,/г-перехода, и требуется определенное время, для того чтобы в результате диффузии достичь его. Чем больше время их жизни, тем большее число электронов и дырок сможет быть разделено потенциальным барьером и соответственно выше окажется эффективность преобразования энергии.