Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
5.3.5. Солнечные элементы большой площади
Наиболее важной задачей практического использования солнечных элементов на основе a-Si : Н является увеличение их площади без снижения к.п.д. Однако совершенство элемента определяется главным образом его размерами. В работе [27] предложен метод исследования зависимости Jsc и КЗ в солнечных элементах на основе a-Si на подложках из нержавеющей стали от их площади. Харуки и др. [50] провели такие исследования. Используя результаты этих исследований, они повысили совершенство солнечных элементов большой площади на основе a-Si:H.
•
253
Факторы, ответственные за деградацию элементов при увеличении их площади
Детальные исследования причин снижения к.п.д. с увеличением площади элемента представлены в [ 27, 50]. Сначала сравнивались типичные характеристики элементов со структурой ОИО/n-i-p/Нерж. ст. площадью 1,2 см2 и элементов большой площади (49 и 100 см2). Снижение к.п.д. с увеличением площади элемента связывается с уменьшением Jsc и КЗ, тогда как Voc слабо зависит от площади. Снижение Jsc и КЗ в солнечных элементах большой площади на основе a-Si : Н обусловлено последовательными и шунтирующими сопротивлениями в структуре элемента, а также областями негомогенности в слоях a-Si: Н.
Выходная электрическая мощность Рт в солнечном элементе -связана с развиваемой мощностью Рс следующим соотношением:
Рт — Pc.
(5.3.1)
где ДР$ - потеря электрической мощности из-за последовательного сопротивления. Если дается кривая Рс-3, а АР5 рассчитывается, то зависимость Рт-3 для солнечного элемента большой площади может быть получена из уравнения (5.3.1). Поскольку для элемента площадью 1,2 см2 рассчитанное значение Д7$ пренебрежимо мало -менее 0,3 % от развиваемой мощности - кривая Р-] идентична кривой Рс-3. Влияние последовательного сопротивления на КЗ и 71С может быть оценено из зависи-симости Рт -3; КЗ дается выражением
КЗ — Pmml ( Voc Jsc) •
(5.3.2)
где Jsc - величина, получаемая из пересечения кривой Рщ-J с осью J; Ртт - максимальная величина Рт при оптимальных условиях нагружения. На значение Voc последовательное сопротивление не влияет. Величина APS полуэмпирически вычисляется в зависимости от последовательных сопротивлений пленки ОНО, сеточных контактов и контактного сопротивления между пленкой ОНО и контактной сеткой. Контактные сопротивления между подложкой из нержавеющей стали, пленкой a-Si : Н, пленкой a-Si : Н и пленкой ОНО должны также сильно влиять на эффективность собирания генерированных носителей. Однако не было выявлено какого-либо влияния этих параметров при изменении площади элемента.
Шунтирующее сопротивление в солнечных элементах большой площади полу-
Рис. 5.3.7. Конфигурации сеточных контактов в трех типах (1-111) солнечных элементов площадью 100 см1 на подложке из нержавеющей стали (Фьюджисава и др.)
254
чается из темновых ВАХ. Если bPsh - потеря мощности, обусловленная шунтирующим сопротивлением Rsh< 10 выходная электрическая мощность Рт записывается в виде
Pm = Pc-APsh, (5.3.3)
где
APsh = V'IRsn. (5.3.4)
Аналогично тому, как это делается при оценке влияния последовательного сопротивления, рассчитанная кривая Рщ—J Дает значение V0c в месте ее пересечения с осью К а Ртт ~ максимальное значение Рт. Величина Jsc не зависит от шунтирующего сопротивления.
Были выполнены оценки для элементов площадью 49 J27, 50] и 100 см2 (Фьюджисава) (рис. 5.3.7), в которых сеточные контакты толщиной 1 мкм были сделаны из сдал в a Ti-Ag с сопротивлением 2 ¦ 106 Ом ¦ см, а поверхностное сопротивление слоя оксидов индия-олова составляло 60 Ом/см2. В табл. 5.3.2 суммированы факторы, влияющие на зависимость Jsc и КЗ от площади при увеличении размеров элемента от 1,2 до 100 см2.
Повышение совершенства солнечных элементов площадью 100 см2
Согласно данным табл. 5.3.2 половина уменьшения КЗ при увеличении площади солнечного элемента от 1,2 до 100 см2 обусловлена последовательным сопротивлением, состоящим из сопротивлений пленки OHQ и сеточных контактов. Потери мощности, обусловленные цепью последовательных сопротивлений токосборная шина — сеточные контакты — пленка ОНО, составляют соответственно 80, 10 и 10 %. Таким образом для повышения КЗ эффективным средством является снижение последовательного сопротивления.
Фьюджисава и др. разработали и изготовили два других типа солнечных элементов площадью 100 см2, которые представлены на рис. 5.3.7,
Т а б л и ц а 5 3 2. Факторы, влияющие на зависимость Jle и КЗ ТабЛ"Ц от площади солнечного элемента
---' ~ Характеристика
Фактор _
КЗ Jsc "А/см*
Площадь элемента, см2 :
Площадь элемента, см : 1 1 0,659 ил 1 0 6
1 1 пп 0,549 1 0,и п &
1 ии 0,1 10 и,о
Разница Сп,,, н гнижение КЗ и Лс ,«1
шунтирующее сопротивление 10 100
последовательное сопротивление 50 1 п >
неоднородность 10 1
контактное сопротивление ¦ 30 1 nunin-i -п/НеоЖ. С
Примечание. Элементы со структурой ОЖ^-р/Нерж. ст. площадьюЛ,2 и 100 см2.
II, III. При их разработке преследовалась цель снижения потери мощности, обусловленной сопротивлением токосборной шины сеточных контактов. В этих элементах фототок собирается без протекания в направлении более длинной стороны токосборной шины. Таким образом, последовательное сопротивление токосборной шины сеточных контактов может быть пренебрежимо малым. Для солнечных элементов со структурой ОИО/n-i-p/Нерж. ст. размером 5 X 20 и 10Х 10 см2 были получены к.п.д. > > 6 %. Оба элемента характеризовались одинаковым КЗ (0,60) Эта величина находится в хорошем согласии с ожидаемым значением.
