Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
5.3.6. Фотовольтаические модули на основе a-Si : H
Плоские модули с обычной двухслойной структурой производились путем сборки солнечных элементов на основе a-Si : H размером 7X7 см2 [55]. Весной 1981 г. для оценки надежности систем и величины развиваемой ею мощности была установлена тестовая система на основе модулей солнечных элементов мощностью 400 Вт. В работе Учида и др. [49] сообщается о создании модулей многослойного типа на основе a-Si : H. Для поверхностного покрытия, герметизации и тыльного покрытия использовались соответственно полуотпущенная стеклянная пластина из натронной извести, силиконовая резина и поливинилфлюоридная пленка. Модуль состоял из 40 элементов размером каждый 10X 10 см2, соединенных в четыре параллельные группы по 10 последовательно в каждой. Типичные выходы электрической мощности для Модулей, состоящих из элементов со структурой (Ж0/р-/-«/нерж. ст. или ОИО/n-i-p/Нерж. ст. при освещении АМ-1 (100 мВт/см2) составляют соответственно 12 и 16 Вт.
Определенным достоинством солнечных элементов на подложке из нержавеющей стали при сборке их в модули является стойкость к механическому воздействию. Для снижения стоимости модуля необходимо изыскать пути замены стеклянного поверхностного покрытия тонкой полимерной пленкой.
5.3.7. Стабильность солнечных элементов на основе a-Si : H
Фотоэлектрические модули должны служить длительный срок. Известно [56], что в пленках a-Si : H при световом воздействии наблюдается изменение проводимости. Таким образом, важно исследовать стабильность солнечных элементов на основе a-Si : H в различных условиях окружающей среды и особенно при экспозиции их под солнечными лучами.
Саката и др. исследовали изменения некоторых показателей солнечных элементов с р-/-«-переходом при воздействии белого света мощностью 60 мВт/см2 через р-слой в течение 3 ч. Хотя темновые ВАХ (диодный фактор и обратный ток) и вольт-фарадные характеристики изменяются при экспозиции, фотовольтаические свойства совсем не изменяются. Фьюджисава и др. провели испытания на стабильность модулей, составленных из 36 листов солнечных элементов со структурой ОЖ?/р-/-н/Нерж. 256
ст. размером 7X7 см2 каждый. На рис. 5.3.8 представлены результаты испытания после непрерывного освещения светом различной интенсивности. При всех условиях освещения после 240 ч к.п.д. модулей составляет 90 % от первоначального значения.
Рис. 5.3.8. Нормированные на первоначальное значение к.п.д. солнечных модулей
(оксиды индия - олова/р-1-л/иержавеющая сталь после 240 ч непрерывного освещения: P?n - плотность падающей мощности; т)0 - начальный к.п.д, (АМ-1, 100 мВт/см2); V - измененный к.п.д. после освещения
(Фьюджисава и др.)
В работе [57] опубликованы результаты исследования стабильности солнечных элементов со структурой ОИО/n-i-p/Нерж. ст. Одна часть испытанных элементов была относительно стабильна к освещению; экстраполяция результатов предсказывает только 20 % снижения к.п.д. после 20 лет экспозиции под солнечными лучами. Другая часть элементов деградировала через несколько суток. Из сравнения зависимостей эффективности собирания от длины волны для нестабильных элементов до и после длительного воздействия сделан вывод, что изменения происходили в /-слое и были обусловлены захватом и рекомбинацией оптически генерируемых носителей. Саката и др. сообщили, что изменения фотоэлектрических характеристик солнечных элементов со структурой ОИО/n-i-p/Нерж. ст., к которым при световом воздействии было приложено отрицательное смещение (—1 В), были меньшими, чем в элементах, экспонирующихся при условиях холостого хода. Это также объясняется изложенным выше механизмом деградации.
5.4. МНОГОСЛОЙНЫЕ ИЛИ КАСКАДНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Й. ЮКИМОТО (Yoshinori Yukimoto. LST Research and Development Laboratory, Mitsubishi Electric Corp.)
Рассматривается состояние разработок в Японии в области многослойных или каскадных солнечных элементов. Такие конструкции были предложены для приборов иа основе кристаллических полупроводников, но еще ии в одной публикации ие сообщалось о достижении ожидавшегося высокого к.п.д.
В настоящей работе приводятся результаты по использоваиию аморфных кремния и сплавов кремиий-гермаиий в солнечных элементах с многослойной или каскадной структурой, иа которых был получен наибольший к.п.д. 8,5 %. Приводятся также теоретические оценки использоваиия этой структуры в будущем.
5.4.1. Преимущество многослойных элементов
За последние годы в Япоиии отмечен значительный прогресс в развитии солнечных элементов иа основе аморфного кремния [4]. Создание в ?981 г. солнечного элемента иа аморфном кремнии (a-Si : Н) с к.п.д. 8,04 % в лаборатории Хамакава [21] было сеисациоийым для своего времени. Однако это ие являлось пределом. Фирма "Mitsubishi Electric Corp." в том же году показала, что при использовании
55. 100 т-Ъг—Ь--5-
50
_i_i_i_L.
i i I
500 1000
Р(п,мВгп1смг
17-537
257
в солнечных элементах многослойных или каскадных структур [58] достигается более высокий к.п.д.
Теоретически считается, что наиболее эффективным методом преобразования солнечной энергии в электрическую является применение солнечных элементов каскадного типа. Квантово-электронное действие фотовольтаического процесса дает равные энергии для электронно-дырочных пар, создаваемых энергией используемого фотона. Подбор каждому участку солнечного спектра соответствующего полупроводникового материала является разумным путем уменьшения энергетических потерь из-за неоптимального соотношения hv - Eg (здесь hv - энергия фотона; Eg — ширина запрещенной зоны полупроводника).
