Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
1,24/Я-, г
Л =?/ орі (\-Я)МрИ1щ,(-^пМп)[\ -ехр (-о,И'2)]х
Х[1 + Я0 ехр (-2о1Й'2--2орИ'р-2(И'1 -И'2)а,)х Кехр (-а„(И'и+И', +Ы3))] ¦ [1-ехр (-а,Й'з)]Х Х[1 + Л0 ехр (-2арПр) ехр (а,^3)]|й?Х, (5.4.3)
а фотогенерируемый ток для области слабого поля составляет
h = <7 /
(1-Л)|[ехр (-a„W„-а, W2) +
+ R0 ехр (-«„^„-2«!^, -2apPVp + aiPV2)] • . [Пі, cosh - ^ - "WP- ехр i-apjWl - w2
sinh (Wt-W2-W3)lLp Общий фототок равен
lont - h + h- h ехр (-).
nkT
(5.4.4)
(5.4.5)
При рабочих условиях приложение прямого напряжения V уменьшает потенциал на каждом переходе приблизительно на 0,5 V. Такое уменьшение потенциала влияет на эффективность собирания фотогенерируемых носителей в солнечных элементах на основе a-Si: Н.
Последовательность расчета ВАХ приведена ниже: 260
Определение функции распределения состояний в _ запрещенной зоне
Расчет распределения заряда в инвертированном р-г'-л-злементе
| Установление напряжения смещения (В) |
Расчет потенциальной энергии и напряженности электрического поля
1 Определение обедненного слоя | Расчет 1рп (V) » | Расчет световых ВАХ |
При расчете тока короткого замыкания были использованы следующие параметры: ?гшп1 = 1 • Ю15 см"3 эВ"1 [67], ?гшП2 = 1 ¦ Ю14 см"3 • •эВ-1 .Яо, =0,5 зВ, ?"02 =0,07 эВ,?р= 1500 А [66], /0 = МО"" мА/см2, п= 1,6,Еап = 0,03 эВ [58],Еар = 0,1 эВ [68], Еа{ 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 эВ, И>„ = 50 А, М/„ = 200 А, Wi = 10000 А, а, = а„ = 8,1 • 1015 (1,24/Х -- 1,95) 2/(1,24/Х) см"1,а- = 1,166- 106 (1,24/Х - 1.55)2/(1,24/Х) см"1, Мрп = АМ-1; 88,9 мВт/см , Я0 = 1, Я — коэффициент отражения пленки ОНО с коэффициентом преломления 1,8 и толщиной 650 А.
На рис. 5.4.3, а приведены ВАХ для солнечных элементов на основе а-81: Н с р-/-«-переходом, содержащих /-слой с различными энергиями активации. Кривые спектральной чувствительности, т.е. зависимость эффективности собирания от длины волны, для этих солнечных элементов приведены на рис. 5.4.3, б. Когда энергия активации /-слоя уменьшается, диффузионный потенциал снижается. Эффективность собирания в длинно-
Рис. 5.4.3. Теоретическая ВАХ (а) и теоретически рассчитанные спектральные кривые (б) солнечного элемента на основе аморфного кремния с одним р-і-и-перехо-дом (Ego = 1,95 эВ, условия АМ-1, 100 мВт/см3) для значений Ед, эВ: 1 - 0,9;°2°- 0,8; 3 - 0,7; 4 - 0,6
261
волновой части спектра уменьшается при малых значениях энергии активации. Частично это обусловлено тем, что фотоны длинноволновой части спектра поглощаются в глубокой области и носители, генерируемые этими фотонами, должны пройти большое расстояние до того, как они достигнут перехода. Другой причиной является то, что область слабого диффузионного поля увеличивается в слое с более низкой энергией активации.
Теоретические расчеты для солнечных элементов с одним переходом позволяют заключить: 1) напряжение холостого хода элемента достигает половины оптической ширины запрещенной зоны в г'-слое, в котором энергия активации лежит в центре запрещенной зоны; 2) коэффициент заполнения (КЗ) ВАХ при освещении солнечным светом АМ-1 равен приблизительно 0,7 для г-слоя, в котором энергия активации лежит близко к центру запрещенной зоны.
Солнечные элементы каскадного типа с двумя или тремя переходами
Модели, использованные для расчета, показаны на рис. 5.4.4. Для элементов с приведенными структурами рассчитывается ток короткого замыкания в предположении полного истощения всех /-слоев при условии отсутствия прямого смещения. Таким образом, ток короткого замыкания для первого, второго и третьего элементов дается следующими выражениями:
Лс1=<7 / (1-/?)^ ехр(-а„К'„)[1-ехр(-а1гУ1)]йХ,(5.4.6)
о
l,24/??2
Jsci=q / (І-Я)Л^ ехр (-lOLnWn-a.W,-apWp) [1 --ехр (a2W2)]d\, (5 47ч
оно
Нерж. cm.
n-
(Egp.a„,Wp)
нерж. cm.
O
262
Рис. 5.4.4. Модели солнечных элементов каскадного типа на основе а-Зі/а-БіСе:
а - двухкаскадный; б - трехкас-кадный; І, II, III - соответственно первый, второй и третий элементы; ОНО - оксид индия - олова, Нерж. ст. - нержавеющая сталь
1,24/?-„
Лсз = <7 / (1-Я-)Л/рЛ ехр (-3anWn-7apWp-a,W< -
о
-a2W2) ¦ [1 -ехр (а3И>3)]аЛ. (5.4.8)
Напряжение холостого хода для каскадных элементов с двумя и тремя переходами представляется в виде
Кос(Н)= 0,5 (5.4.9)
Voc (ПІ) = 0,5 (Eg, + Eg г + Eg з ). (5.4.10)
Коэффициент заполнения для всех элементов задается величиной 0,7. Ток короткого замыкания каскадного элемента с двумя переходами Jsc (II) задается меньшей из величин /sc j или /SC2- Ток короткого замыкания каскадного элемента с тремя переходами определяется наименьшей величиной из ЛсЬ Лс2 или ЛсЗ- К.п.д. многопереходных каскадных элементов дается выражением
77(0 =0,7-0,5 (S (О/Ли, (5.4.11)
где г = 2 или 3. На рис. 5.4.5 показана типичная зависимость между к.п.д. элемента и оптической шириной запрещенной зоны для второго и третьего слоев аморфных полупроводников, использованных в структурах солнечных элементов. Оптическая ширина запрещенной зоны первого слоя выбирается равной 1,95 эВ, что является максимальной величиной для a-Si : H, полученного в лаборатории авторов. К.п.д. таких многопереходных элементов каскадного типа имеет оптимальную величину при соответствующем сочетании Eg г и Eg%. Для элемента с двумя переходами
