Элементы и устройства оптоэлектроники. Самохвалов М.К. - 56 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

УлГТУ | Ульяновск

Составители: 

Рубрика: 

55
полупроводникового материала E
g
. Если E
g
велика – часть спектра не поглоща-
ется, если E
g
мала – мало значение фотоЭДС (V
XX
≤E
g
). Максимальное значение
КПД наблюдается для полупроводников с шириной запрещенной зоны ∼ 1.4 эВ
(GaAs). Максимальное значение КПД достигает 22-24% для Si, InР, GaAs, и др.
Ограничение КПД вызывают такие отрицательные факторы, как поглощение
света в электродах, отражение от рабочей поверхности, поглощение свободны-
ми носителями в р
+
-области, рекомбинационные потери, омические потери
мощности на последовательном сопротивлении, разогрев полупроводника.
Разновидности солнечных батарей.
1. Наибольшее развитие получили солнечные элементы на основе монокри-
сталлического кремния. Это связано со следующими причинами: отработанная
технология получения кремния и создания p-n переходов, высокие значения па-
раметров (надежность, стабильность, КПД до 20% при прямой засветке, до 26%
при K
C
∼ 10
3
, для промышленных изделий 14-17%). Для солнечных элементов
из более дешевого поликристаллического кремния КПД достигает 12-14%.
2. Тонкопленочные солнечные элементы на основе аморфного кремния.
Аморфный гидрогенизированный кремний (α- Si:Н) в настоящее время являет-
ся одним из основных перспективных материалов солнечной энергетики. Сол-
нечные батареи из α-Si:Н обладают рядом преимуществ: большое значение на-
пряжения холостого хода V
ХХ
до 0,8-1,1 В вследствие большей ширины запре-
щенной зоны E
g
~ 1,6 эВ, возможность нанесения на большие площади, исполь-
зование в качестве подложек различных материалов (стекло, нержавеющая
сталь, полиамид), низкая стоимость. КПД достигает 13-14%.
3. Солнечные элементы на основе GaAs и других соединений А
3
В
5
. GaAs
имеет оптимальное значение E
g
, поэтому V
ХХ
достигает 1 В при прямой сол-
нечной засветке, КПД до 25% для АМ0 и до 21% для АМ1, если К
С
∼ 10
3
, то до
25%.. Эти материалы более нагревостойкие - Т
раб
до 300
0
С. Но в то же время
эти соединения более дорогие, сложнее технология изготовления структур.
4. Для тонкопленочных поликристаллических и аморфных солнечных эле-
ментов используют соединения CdS, CdTe, CuInSe. Простота технологии и низ-
кая стоимость материала позволяют получать солнечные элементы по толсто-
пленочной и тонкопленочной технологии. Подложки могут быть гибкими, по-
лимерными. КПД этих элементов достигает 14-16%, для промышленных образ-
цов ∼ 8%. Основные направления разработок связаны с созданием такой техно-
логии, которая обеспечила бы высокую стабильность параметров и возмож-
ность нанесения пленок на поверхности больших размеров.
5. Солнечные батареи с повышенным КПД (>30%) включают в себя каскад-
ные фотопреобразователи, обычно два последовательных фотоэлемента с p-n
переходами из различных полупроводников, E
g1
>E
g2
(например, GaAs-Si), или
гетероструктуру с варизонной базой.
Для сравнения: КПД преобразования в цикле «растительный фотосинтез -
органическое топливо - тепловая машина - электрический генератор» составля-
ет ∼ 10
–3
%.

Страницы