1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 81
Текст из файла (страница 81)
Следует отметить, что наблюдаемое увеличение внутреннего коэффициента собирания при повышении коэффициента концентрации излучения может быть вызвано действием электрического поля, связанного со значительным падением напряжения внутри элемента при высоких плотностях тока. Снижение внутреннего коэффициента собирания при егце более высоких интенсивностях излучения являегся результатом уменьшения диффузионной длины вследствие рассеяния носителей на носителях, а также ослабления влияния электрического поля прп наличии модуляции проводимости и уменьшении подвижности носителей [161. Для многопереходных солнечных элементов с Ч-образными канавками характерно более высокое отношение плошади освещаемой поверхности к объему по сравнению с планарными Новые напр, в рвзрвоотне солнечных элементов 377 элементами, поэтому в многопереходных элементах фотогенерироваиные носители сосредоточены в относительно меньшем объеме, что обусловливает более высокую концентрацию избыточных носителей и соответственно повышенные значения рве Многопереходный кремниевый солнечный элемент толщиной 50 мкм с окисленными участками тыльной поверхности шириной 10 мкм имеет эффективную оптическую толгцину 267 мкм при отношении площади освещаемой поверхности к объему, в 10 раз более высоком, чем у планарного элемента толщиной 267 мкм.
Вследствие этого при объемном времени жизни носителей !00 мкс У„многопереходного элемента превышает Г., ппанарного элемента на 73 мВ при коэффициенте концентрации излучения К=1, на 51 мВ при К=10, иа 31 мВ при К=10', на 30 мВ при К=10' и К=104. Расчетные зависимости 1т., многопереходного солнечного элемента при К=!...10' от объемного времени жизни носителей представлены на рнс. 8.3, б. Результаты расчета 116] показывают, что при объемном времени жизни носителей, превышающем 50 мкс, и коэффициентах концентрации излучения 1...!Оз значения коэффициента заполнения РР вольт-амперной характеристики могут составить 0,8 и выше.
При времени жизни 50 мкс и 300-кратной концентрации излучения ГГ=081. Благодаря малым размерам единичных элементов и значительной модуляции проводимости в базовой области многопереходных солнечных элементов в условиях сильной освещенности омические потери мощности иа внутреннем последовательном сопротивлении при коэффициентах концентрации излучения вплоть до 10' оказываются довольно низкими. Однако при коэффициенте концентрации, равном 10', потери мощности становятся существенными, а значение РГ снижается до 0,74 при объемном времени жизни носителей, равном или несколько превышающем 10 мкс. На рис.
8.3, в приведены зависимости КПД оптимизированного многопереходного солнечного элемента с Ч-образными канавками от объемного времени жизни носителей при комнатной температуре и различных коэффициентах концентрации излучения. Вследствие повышения напряжения холостого хода с ростом интенсивности излучения значения объемного времени жизни, обеспечивающие высокий КПД, уменьшаются по мере увеличения коэффициента концентрации. Для получения КПД, равного 20 в!с, при К=! необходимо время жизни 229 мкс, а прн К=!00 — 5 мкс. Многопереходные кремниевые солнечные элементы, состоящие из 43 последовательно соединенных единичных элементов, при К=300 и температуре 300 К имеют х'„=30,2 В, ! =44,3 мА, ГЕ=0,63, что обеспечивает КПД 12,2 %, значительноотличаюшнйся от ожидавшегося значения 24,5 л7в.
Причиной Глава 8 Зтв низкого коэффициента заполнения является малое объемное время жизни носителей (0,8 мкс). Расчетное значение КПД, равное 24,5 7а, получено в предположении, что объемное время жизни носителей составляет 50 мкс и просветляющее покрытие снижает потери излучения на отражение до 7'/в (наблюдаемые же потери этого вида достигают 23 в7в). Как следует из проведенного анализа, многопереходные кремниевые солнечные элементы обладают перед обычными элементами рядом преимуществ, благодаря которым их можно применять в условиях концентрированного излучения.
К этим преимуществам относятся: 1) возможность достижения КПД более 20 '/в при использовании известной техночогии изготовления; 2) высокий внутренний коэффициент собирания носителей ()95 в)а) пРи не очень жестких тРебованнЯх к объемномУ времени жизни носителей; 3) более высокое напряжение холостого хода, чем у планарных элементов эквивалентной оптической толщины; 4) очень низкое последовательное сопротивление, обеспечивающее эффективную работу элементов при коэффициентах концентрации излучения, превышающих 10з; 5) отсутствие контактной сетки на освещаемой поверхности; 6) высокая устойчивость к воздействию внешней среды благодаря защитным свойствам стеклянного покрытия на лицевой поверхности; 7) относительно простая технология изготовления.
8.3.2 Изменение спектрального состава излучения с помощью люминофоров Путем изменения с помощью люминофоров спектрального состава поступающего солнечного излучения можно повысить спектральную чувствительность некоторых типов солнечных элементов и увеличить их КПД в условиях АМО на 0,5...2 в)а (17). Рассмотрим эффект изменения спектрального состава излучения и его влияние на характеристики элементов. Слой органолюминофора, люминесцирующего стекла или кристаллофосфбра наносят на освещаемую поверхность солнечного элемента, как показано на рис. 8.4.
Коротковолновое излучение, поглощенное люминофором, переизлучается в виде света с большей длиной волны. С помощью таких материалов можно повысить чувствительность к коротковолновому излучению элементов, которые имеют высокий коэффициент собирания носителей в длинноволновой части спектра и низкий— в области коротких длин волн (низкую чувствительность в синей области спектра).
Наиболее важными свойствами системы люминофор — солнечный элемент, на которые необходимо обратить внимание, являются поглощательные и излучательные характеристики люминофора, а также оптическая эффективность системы, ко- Новые напр. в разработке солнечных элементов 379 СВою Фе Лнмюо Омргвоювля позорлоглл Проозеюляюотве попрыюоо Соонечныа гломгню Х, мхм О,Э 0,7 0,6 0,5 торая определяется как отношение числа фотонов, проходящих в солнечный элемент, к числу фотонов, 0,6 падающих на его верхнюю сторону. 0,6 Эффективное преобразование коротковолнового излучения в длинноволновое обеспечивают многие люминофоры Квантовый выход люминесценции (отношение числа излученных О,а 5 в а 83 Е 1 60 ао 20 о О 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 35 ФОТОНОВ К ЧИСЛУ ПОГЛОЩЕН- Знгргоя гроптокоВ, эа Рис.
8.5. Спектральные зависимости приближается к 100% при интенсивности люминесценции О (0 низг(их концентрациях ак- и коэффициента поглощения а (2) рутивирующей примеси и со. бина (массовое содержание Сг 0,7 ою), ставляет 70...90% при а также «оэффипиента собирания носителей 0 в кремниевом солнечном элеменобычно создаваемых кон- „, лэ р „ центрациях активатора, (8) и наличии (4) покрытия из руби- обеспечивающих доста- на 1)71. точно высокий коэффициент поглощения по отношению к падающему свету.
Спектры поглощения и излучения рубина с массовым содержанием Сг 0,7 % изображены на рнс. 8.5. Здесь также приведены спектральные зависгимости чувствительности кремниевых солнечных элементов промышленного изготовления при наличии и отсутствии покрытия из рубина (рубиновая пластина не снабжена просветляющим покрытием). Довольно широкая полоса поглощения (с двумя пиками) простирается в ультрафиолетовую Область, в то время как полоса излучения имеет малую ширину и располагается в центре видимой области спектра приблизительно при энергии 1.75 эВ.
Величина сток- Рис. 8лн Схематическое изображение структуры люминофор — солнечнь.й элемент. 58О Главе 8 Часть светового потока Параметр Оптическая аффективио«ть, и Пластмасса 1 Рубки Не поглощаемая лю- Потери на отражение минофороь~ Общая эффективность 5...1О 90... 95 7,6 8,2 Поглощаемая 'люми- Потери на отражение нофором , Потери излучения, выходя1 щего наружу через анена ~ нюю поверхность Потери вследствие перекрывания спектров Квантовый выход люминесценции Общая эффективность 4 12,2 !00 70 ... 90 56 ... 72 85 сова сдвига (спектрального интервала между двумя ближайшими пиками поглощения и излучения) велика, поэтому полосы поглощения и излучения почти не перекрываются.
Люминофор соединен с солнечным элементом при помощи материала, имеющего необходимый показатель преломления; таким материалом может служить клей, применяемый для крепления защитных стекол элементов, или оптически прозрачная жидкость. Длинноволновое излучение проходит через слой люминофора не поглощаясь, в то же время коротковолновое излучение, будучи поглощенным, переизлучается в виде света с большей длиной волны. Оптическая эффективность системы зависит от потерь, связанных с отражением излучения от освещаемой поверхности люминофора, квантового выхода люминеспенции, количества переизлученного света, выходящего наружу через внешнюю поверхность слоя люминофора, потерь излучения вследствие перекрывания спектров поглощенна и излучения люминофора, и от потерь света, вызываемых его отражением от нижней поверхности слоя люминофора при несогласованных значениях показателя преломления люмипо.
фора и материача солнечного элемента, когда угол падения света превышает критический угол полного внутреннего отражения. Значения оптической эффективности по отношению к поглощаемой и непоглощаемой частям светового потока при использовании в качестве люминофора пластмассы и рубина представлены в табл. 8.2. Ясно, что люминофор должен обладать высоким коэффициентом поглощения в коротковолновой области спектра, высоким квантовым выходотл люминесценции, большой величиной стоксова сдвига при низкой степени перекрывания спектров Таблица 8.2. Оптическая эффективность покрытий из люминофоров (пластмассы и рубина) Новые напр, а разработке солнечиык элементов 381 2 1 и 0» 0 1,0 1,5 2,0 2,5 Эиереяя фа»окса поглощения и излучения и высо- к,мкм кой оптической эффективностью, оз 02 00 05 ал Рассмотрим два вида люминофоров: пластмассу, активиро- 11 ванную органическими красителями, и кристаллы рубина.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
