1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 80
Текст из файла (страница 80)
Поскольку снижение У„, по-видимому, является основной причиной падения КПД при высоких температурах, необходимы высокие начальные значения У„. Как видно из табл. 8.!, создание изотипного тыльного барьера является эффективным способом повышения КПД солнечных элементов при больших температурах. Улучшение характеристик обусловлено как увеличением диффузионной длины неосновных носителей, так н снижением темпового тока под влиянием тыльного барьера.
Более того, температурный коэффициент той составляющей выходного напряжения, которая определяется р — р+-переходом, положителен. БлагодаРЯ этомУ Уменыпение Роо пРн возрастании температуры становится менее значительным. Солнечные элементы на основе арсенида галлия превосходят по стабильности кремниевые элементы в условиях высокой темпеРатУРы. Повышенные значениЯ Роа и более слабцю температурную зависимость К,а обеспечивают бблыпая ширина запрещенной зоны ПаАВ и преобладание генерационио-рекомбинационного механизма протекания темпового тока.
Кроме того, из-за меньшей диффузионной длины неосновных носите- зуз. Новые напр. в разработке солнечных элементов лей в баАз повышение дебаевской длины )о при возрастании температуры приводит к более существенному увеличению 7.„ чем в элементах из 81. Так как СтаАз имеет высокий коэффициент поглощения света, сужение запрещенной зоны при повышении температуры может привести к уменьшению доли полезно используемых высокоэнергетичных фотонов. Однако влияние этого эффекта в некоторой степени может быть ослаблено при создании мелкозалегаюшего перехода.
Солнечные элементы на основе СгаАз, применяемые в условиях сильной освещенности, имеют высокопроводящий слой Оа, сЛ!кАз, который способствует снижению скорости поверхностной рекомбинации. Толщина поверхностного слоя составляет 0,3...5 мкм, а параметр х, определяющий его состав, приблизительно равен 0,8. В качестве просветляющих покрытий используются пленки Т10в [7] или 81зй)4 [8]. При наличии сетчатого контакта (затеняющего 10 е1с поверхности) последовательное сопротивление элемента диаметром 1,27 см может быть уменьшено до 0,027 Ом. При температуре 200 'С и коэффициенте концентрации, равном 312, КПД элементов составляет 14 а7о [8]. При комнатной температуре н К=!0 и 1735 КПД составляет соответственно 23 и 19,1 а)а [8].
Кремниевые солнечные элементы в отличие от элементов с гетероструктурой не имеют высокопроводяшего поверхностного слоя, поэтому снижение последовательного сопротивления, необходимое для обеспечения возможности их работы в условиях концентрированного излучения, достигается путем усовершенствования контактной сетки. В солнечных элементах применяются сетки различной конструкции [6, 9). С их помощью можно свести к минимуму потери мощности при 100-кратной интенсивности излучения.
В настоящее время кремниевые солнечные элементы с изотипным тыльным барьером имеют КПД 15,5 о1а [9] и 12,2 в1о [6] при коэффициентах концентрации 23 и 60 соответственно. Приведенные данные отвечают рабочим температурам 20 и 30'С. КПД элементов малой площади 10,16.<0,16 смз) с рэ — п — п+-структурой [1О] и удельным сопротивлением базовой области, равным 30 Ом см, при 120- кратной интенсивности излучения составляет 8 а)е. Толщина базовой области этих элементов равна 50 мкм; предполагают, что при увеличении поглощательной способности за счет утолщения базы выходные характеристики элементов несколько улучшатся '. о Значение КПД монокристаллических солнечных элементов малой толшины в настояшее время резко увеличено: за счет текстурированной внешней поверхности и зеркального отражаюшего слоя с тыльной стороны КПД элементов даже при толгиине базовой области 30..50 мкм составляет 12...14 е)е при солнечном спектре, соответствуюшем усчовкям ЛМО.
— Прим ред. Глава В 8.3 Новые конструкции обычных солнечных элементов 8.3.1 Миоголереходные солнечные элементы с фотоактивным слоем иэ материала одного вида Исследования многопереходных кремниевых солнечных элементов связаны с изучением возможности их применения при высоких коэффициентах концентрации излучения [11 — 141. Наиболее эффективной является конструкция элементов на основе материала с высоким временем жизни неосновных носителей, в которой используются тыльные контакты типа «гребенка а гребенке» и прозрачный слой 510з на освещаемой поверхности, снижающий скорость поверхностной рекомбинации носителей.
Разделение носителей происходит на тыльной поверхности. Высокое удельное сопротивление материала базовой области способствует модуляции проводимости; при этом получают последовательное сопротивление элемента -0,0220м 115]. Сообщается, что при температуре 15'С и 220-кратной интенсивности излучения КПД составляет 16,5 л4. Недавно Чеппелом 1161 предложен усовершенствованный многопереходный солнечный элемент с канавками У-образной формы. Все единичные элементы такого многопереходного солнечного элемента формируют одновременно на одной пластине кремния с помощью химического травления. На рис. 8.2 представлено схематическое изображение солнечного элемента, который состоит из нескольких единичных элементов р+ — 1 — петипа, соединенных последовательно, Единичные элементы трапецевидной формы получают посредством анизотропного травления поверхности кремниевой пластины с ориентацией (100) через отверстия в слое термического окисла 510э В процессе изготовления многопереходных элементов требуется лишь однократное нанесение фоторезиста — для разметки поверхности слоя 510м служащего маской при травлении»'-образных канавок; р+- и л -области переходов создают методом ионной имплантации.
При этом внедрение атомов легирующих примесей осуществляют под таким углом, что л+- и р+-области формируются одновременно. Полученную структуру подвергают термообработке, необходимой для перевода внедренных примесных атомов в электроактивное состояние и для устранения дефектов, образовавшихся в процессе имплантации. Металлический слой, осаждаемый вакуумным испарением, соединяет единичные элементы электрически последовательно. При получении Ъ"-образных канавок происходит подтравливание краев полос, на которых в соответствии с намеченным техникой фотолитографии рисунком сохраняется окисный слой; низкое качество металлического покрытия на краях этих полос предотвращает Новые напр, в разработке солнечных элементов 37э т закорачивание и+- и р+-областей Осаегггчие одного и того же элемента.
Узкие полосы с плоской поверхностью благодаря наличию на ней окисного слоя защищены от проникновения легирующих примесей в процессе ионной имплан- зю тации. Металлический слой, г ег осажденный на поверхность окисла, служит отражающим оптическим покрытием, способствуюШим увеличению поглоШа- рнс.
8 2 Схема конструкпии мнотельной способности элементов. гопереходного солнечного элеменНа плоской поверхности крем та с р'-образными канавками нневой пластины крепится подложка из стекла марки Согп1'пд 7070. Солнечный элемент освешается со стороны стеклянной подложки. В многопереходных солнечных элементах данного типа основная часть носителей генерируется вблизи освешаемой поверхности. Однако носители могут перемещаться не только параллельно этой поверхности. Максимальное расстояние, которое им необходимо преодолеть для достижения перехода, равно 'ге „.
Часть носителей генерируется более глубоко под освешаечои поверхностью и, следовательно, ближе к переходу. Кроме того, за счет многократного внутреннего отражения света от тыльных и боковых участков поверхности, покрытых слоем не~алла, обеспечивается более высокий общий коэффициент собирания носителей, чем у обычного планарного солнечного элемента, толщина которого равна высоте трапецевидных элементов. Общий коэффициент собирания определяется здесь как отношение количества поглощенных фотонов к количеству фотонов, прошедших в элемент. Таким образом, эффективная оптическая толщина многопереходного солнечного элемента во много раз превышает его реальную толщину. Согласно расчетам [1б], при высоте единичных элементов, равной 50 мкм, средняя эффективная оптическая толщина составляет 267 мкм, что соответствует общему коэффициенту собирания более 93%.
При использовании тонких слоев кремния высокие значения обще~о коэффициента собирания обеспечивают получение высокого фототока даже при недостаточно большом времени жизни носителей. Внутренний коэффициент собирания и многопереходных солнечных элементов, представляющий собой отношение числа электронно-дырочных пар, разделенных переходом, к числу " В некоторых работах этот физический термин определяется как коэффипиент разделения. — Прим.
ред. 316 Глава 8 1аа ад ва о аа ад ~а ~а' ~ат а' ар к а ~а' ~а' тэ ° мсс а Рис. 8.3. Расчетные характеристики многоперетодных кремниевых солнечных элементов с Юобразными канавками 11б). а) Зависимости внутреннего коэффициента собирания носителей заряда Г) от коэффициента концентрации К солнечного излучения при различных значениях объемного времени жизни носителей: ) — О,1 чкс, 2 — 1 мкс, 3 — 1О мкс, 4 — 100 мкс; б) Зависимости напряжения холостого хода гас от объемного нремени жизни носителей тъ при различных значенинх коэффициента концентрации излучения: 1 -- 1, 2 — - 1О, 3 — 1О", 4— 1О', 5 — 1Ох; в) Зависимости КПЛ от объемного та при различных значениях коэффициента конце 2 — 1О, 3 — 1О'-, 4 -- 1О", 5 -- 10' г 15 ~а' ~ ж ие к Ь времени жизни носителей нтрацнн излучения: генерированных пар, определяется главным образом скоростью объемной рекомбинапнн носителей.
Результаты расчета зависимости внутреннего коэффициента собирания от коэффициента концентрации солнечного излучения показаны на рис. 8.3, а. В многопереходном солнечном элементе при объемном времени жизни носителей менее 10 мкс и коэффициентах концентрации излучения в диапазоне 1... 1О' может быть получен внутренний коэффициент собирания, равный 95%. Для достижения сравнимых значений внутреннего коэффициента собирания в солнечном элементе с контактами типа «гребенка в гребенке», имеющем толщину 100 мкм, необходимо, чтобы время жизни носителей составляло 90 мкс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
