ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИДЕАЛЬНЫЙ И РЕАЛЬНЫЙ КПД

До сих пор мы обсуждали идеальные фотоэлектрические преоб­разователи безотносительно к их возможному практическому использованию и технологии изготовления. Простейший идеальный преобразователь (тот, в котором отсутствует механизм увеличения числа зарядов) прозрачен для од­ной части спектра и полностью непрозрачен для остального излучения. Каж­дый абсорбированный фотон вызывает появление одной электронно-ды - рочной пары, и каждая электронно-дырочная пара дрейфует к встроенном}

/),«-переходу, который разделяет эту пару на электрон и дырку. Образованные таким образом носители заряда быстро термолизуются и оказываются способ­ными отдать нам электрическую энергию, в точности равную W в расчете на каждый абсорбированный фотон.

Эффективность простейших идеальных преобразователей, облучаемых моно­хроматическим излучением, фотоны которого имеют энергию, чуть большую Wg (Дж). близка к 100 %. В случае облучения преобразователей широкополосным излучением их эффективность зависит только от характеристик падающего излу­чения и ширины запрешенной зоны. Эта эффективность соответствует простой идеальной эффективности.

Как уже было сказано выше, идеальную эффективность можно увеличить следующими способами:

1) полезной утилизацией фотонов, которые обладают энепгией, недостаточной для того, чтобы быть абсорбированными полупроводником. Примеры таких решений были приведены при описании систем спектрального разделения светового потока и термофотоэлектрического преобразования энергии;

2) утилизацией избыточной энергии, которую получают носители заряда при образовании электронно-дырочной пары. Этот случай был рассмотрен в под­разделе, касающемся анализу возможностей увеличения числа зарядов.

Реальные фотоэлектрические преобразователи не могут достичь уровня эф­фективности идеальных преобразователей, что обусловлено следующими меха­низмами потерь:

1. Часть фотонов отражается от преобразователя вместо того, чтобы быть абсор­

бированными им, или абсорбируются промежуточными элементами, такими как токопроводяшие электроды.

2. Если толщина материала фотоэлектрического преобразователя мала, то им абсорбируются не все фотоны с энергией выше W Материал оказывается частично прозрачным для этих фотонов.

3 Не все созданные электронно-дырочные пары имеют достаточное время жиз­ни, чтобы преодолеть р,«-переход. Если время их жизни слишком мало или они созданы слишком далеко от р,«-перехода, то эти пары будут рекомбини­ровать и их энергия будет потеряна. Часть электронно-дырочных пар может двигаться в направлении поверхности устройства, где скорость рекомбинации достаточно высока, и за время жизни не достигнут р,«-перехода.

4. Носители заряда, разделенные р,«-переходом, теряют часть своей энергии из - за электрического сопротивления и на контакте с электродом.

5. Плохое сочетание мощности фотоэлектрического преобразователя и нагрузки также приводит к потерям генерируемой энергии.