1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 82
Текст из файла (страница 82)
При 1 одинаковой оптической плотно- 05 1 сти пластин люминофора лучшие результаты получены для тон- 04 ких пластин с повышенной концентрацией активатора, так как 0,2 5 при уменьшении толщины пластины снижаются потери излучения, выходящего наружу через ЗД 55 ее боковые поверхности. Пластмассы имеют небольшую вели- рис. 8.8.
Спектральные эависичину стоксова сдвига и могут мости интенсивности люминесцеуспешно применяться в сочета- ниии Н 1!) и коэффициента по- глогцения а 12) рубрена, а также Нии с СОлнЕчнЫми элЕмеНтаМИ коэффициента собирания носитеиа основе ПаА1А5 — ПаАз, лей О в тыльно-барьерном солСИ25 — Сг)5 и из аморфного печном элементе на основе сцз5 кремния имеющими резкий край — Сбз при отсутствии 18) и на- личии 14) люминесцентного покчувствительности. рытия, активированного рубреиом Солнечные элементы на ос- 1171 нове баА1Аз со слоем люминофора марки РтоеЬгп — Нааз 2154 обладают повышенной спектральной чувствительностью в области высоких энергий фотонов, и их КПД возрастает с 14 до 15 огю а в некоторых случаях — с 11,5 до 13,5 0110 117).
Применение покрытия мое)нп— Нааз 2154 в солнечных элементах из аморфного кремния с р — 1 — п-структурой приводит к значительному повышенгию чувствительности в области высоких энергий фотонов, однако максимальное значение спектральной чувствительности при этом снижается и КПД в условиях АМО существенно не изменяется. Спектральные зависимости чувствительности тыльнобарьерного солнечного элемента со структурой СИ25 — Сг)5 на кварцевой подложке, покрытой слоем Сс)25п04, при отсутствии и наличии люминесцептного покрытия, активировапного рубрепом, приведены на рис. 8.6.
Люминесцентное покрытие значительно повышает чувствительность элементов при высоких энергиях фотонов, не оказывая отрицательного влияния на чувствительность в низкоэнергетической области. Хотя, как показано на рис, 8.6, для рубрена характерен стоксов сдвиг относительно небольшой величины, положение максимума излучательной способности почти точно совпадает с положением максимума спектральной чувствительности элемента, что приводит к увеличению КПД в условиях АМО с 3 до 3,5%.
Главе 8 382 Спектральная зависимость чувствительности кремниевого солнечного элемента с покрытием из рубина (см. рис. 8.5) при энергии 2,2 эВ имеет локальный минимум, обусловленный полосой поглощения рубина. Снижение чувствительности прн низких энергиях фотонов связано с потерями света на отражение вследствие того, что параметры слоев, входящих в данную структуру, не оптимальны. В высокоэнергетической области спектра чувствительность значительно повышается, а при согласовании показателей преломления системы рубиновое покрытие — солнечный элемент КПД в условиях АМО, по-видимому, увеличится на 1...2 ев. При использовании люминесцентного покрытия из рубина КПД солнечных элементов на основе ПаАз с диффузионным переходом повышается с 9 до 9,3 е~е. Устранение потерь излучения на отражение должно способствовать еще большему повышению КПД.
8.4 Каскадные солнечные элементы со сверхвысоким КПД В обычных солнечных элементах на основе одного полупроводникового материала полезно используется только часть энергии падающего солнечного излучения. Кроме того, напряжение холостого хода таких элементов не может превысить ширину запрещенной зоны полупроводника (в случае гетероперехода — ширину запрещенной зоны узкозонного полупроводника). Эти два эффекта приводят к большим внутренним потерям энергии в обычных элементах, и их КПД при оптимальной ширине запрещенной зоны ограничен значением -25 Ъ. В каскадных солнечных элементах (18 — 35) предусматривается использование не менее двух элементов из различных полупроводниковых материалов с соответствующим образом подобранными значениями ширины запрещенной зоны, которые при последовательном соединении обеспечивают высокое напряжение холостого хода.
Применение полупроводников с запрещенными зонами, значительно отличающимися по ширине, спосВбствует более эффективному использованию солнечного излучения и уменьшению внутренних потерь энергии. При правильном выборе материалов каскадные солнечные элементы могут иметь очень высокий общий КПД (более 30 е/е). Р!редложено два способа практического осуществления преобразования энергии при помощи каскадных солнечных элементов.
Первый из них связан с применением оптических фильтров с зеркальной поверхностью в сочетании с несколькими элементами, второй — с созданием элементов, у которых переходы расположены последовательно по ходу световых лучей. В первом случае падающее излучение расщепляется на не- Новые напр. в разработке солнечных элементов заз сколько пучков, и каждый из них направляется на определенный элемент, характеристики которого согласуются со спектральным распределением излучения в данном пучке. В каскадном солнечном элементе второго типа элементы, изготовленные из полупроводников с различной шириной запрещенной зоны, должны быть расположены друг за другом в такой последовательности, чтобы свет в первую очередь попадал на широкозонный материал.
Фотоны, имеющие большую энергию, поглогцаются в первом элементе, остальная часть излучения солнечного спектра попадает во второй элемент, в котором также поглощаются наиболее высокоэнергетические фотоны прошедшей части светового потока, а непоглощенное излучение поступает в третий элемент. Процесс селективного поглогцения продолжается до тех пор, пока свет не достигнет элемента с наименьшей шириной запрещенной зоны. Ясно, что такая конструкция обеспечивает использование значительно большей части спектра солнечного излучения и позволяет получать более высокий общий КПЛ. Идея преобразования излучения с помощью каскадной структуры находит дальнейшее развитие в создании монолитного интегрального каскадного солнечного элемента, в котором отдельные элементы имеют общую базу, а их электрическое соединение осуществляется внутри структуры (в отличие от последовательного соединения независимых солнечных элементов, образующих каскад). Хотя процесс изготовления монолитных каскадных солнечных элементов может оказаться более сложным, необходимо задаться целью исключить прирост стоимости прн создании двух и более элементов для каскадной системы, а также решить проблемы электрического соединения элементов, согласования оптических характеристик и сборки модулей.
Рассмотрим более подробно принцип действия солнечных элементов при использовании оптического расщепления спектра и интегральных каскадных солнечных элементов. 8.4.1 Системы на основе оптических фильтров и набора солнечных элементов Схема каскадного преобразователя, включающего оптичес'нй фильтр, концентратор излучения и два элемента, показана на рис. 8.7. Концентратором излучения служит линза Френеля. Плоскость оптического фильтра расположена под углом 45в к оси концентрированного светового пучка.
Благодаря этому отраженная часть пучка, которая направляется на 1-й элемент. имеет такую же геометрическую форму, как и часть пучка, прошедшая через фильтр и направленная ко 2-му элементу. Как прошедший, так и отраженный световой пучок можно сфокусировать таким образом, чтобы обеспечить опти- 384 Глава 8 Смнечнее еееиненее м альную концентрацию излучени я для каждого элемента. При введении в систему других солНенеенмрееер печных элементов на пути светового пучка необходимо установить дополнительные оптические фильтры, каждый из которых должен отражать к определенному элементу излучение соответствующей части спектра. Анализ предельного КПД системы, состоящей из двух элементов, выполнен Масденом н Бакусом !24) при следующих предположениях: 1) концентратор не меняет спектрального распределения энергии з(Х) излучения; 2) потери излучения в оптическом фильтре отсутствуют, а его коэффициент отражения 1с резко изменяется при пороговой длине волны Х„соответствующей Еяп таким образом, что Е=! при Х(Х, и )с=О при Х))е,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
