Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
0,37 7,7 0,57 1,6 [41]
1,2 1,8 0,25 0,7 65]
0,32 — - — [63]
водника.
366
Глава 7
0,7%, Voc= 1,2 В, /sc =1,8 мА/см2 и FF = 0,25. Коэффициент собирания носителей Q зависит от напряженности поля в области пространственного заряда и энергии падающего излучения. При высоких энергиях фотонов происходит почти полное собирание носителей, однако в области главного максимума кривой спектральной зависимости коэффициента собирания, расположенного в видимой части спектра, значение Q составляет около 0,35. Эти результаты относятся к элементам, имеющим полупрозрачный алюминиевый контакт с оптическим коэффициентом пропускания, равным 50%. При наличии абсолютно прозрачного контакта можно ожидать повышения КПД до значений более 1 %.
7.10 Направления дальнейших исследований
Фотоэлектрические характеристики тонкопленочных солнечных элементов, рассмотренных в данной главе, суммированы в табл. 7.1.
Для получения достаточно высокого КПД у тонкопленочных солнечных элементов на основе InP, GaAs, Zn3P2, CdSe и Cu2_xSe потребуются новые разработки и исследования приборов, связанные с оптимизацией конструкции, совершенствованием технологического процесса (с целью создания высококачественных пленок с воспроизводимыми оптоэлектронными свойствами), анализом причин потерь энергии и устранением или ослаблением влияния факторов, вызывающих потери излучения и носителей заряда.
Что касается солнечных элементов на основе органических материалов, то необходимо изучить влияние на их характеристики состава и концентрации красителей, определить меха-низмы протекания тока, а также испытать различные типы конструкций для того, чтобы оценить возможность получения элементов с приемлемым КПД. В настоящее время эти элементы представляют лишь исследовательский интерес.
Используя тонкопленочные солнечные элементы со структурами CdTe — CdS и CuInSe2 — CdS, уже сейчас можно создавать модули, сравнимые по выходным параметрам с тонкопленочными солнечными батареями на основе кремния или Cu2S — CdS. Дальнейшее совершенствование процесса изготовления элементов на основе CdTe и CuInSe2 обеспечит получение элементов большой площади с воспроизводимыми характеристиками при высоком выходе годной продукции. В производстве солнечных элементов на основе многокомпонентных соединений, таких, как CuInSe2, следует более широко использовать метод пульверизации с последующим пиролизом. Необходимо проведение ускоренных ресурсных испытаний, результаты которых позволят прогнозировать стабильность элементов
Новые типы солнечных элементов
367
на длительный период. Для тонкопленочных солнечных эле* ментов должны быть разработаны защитные материалы и методы герметизации.
Наряду с уже изученными и исследуемыми в настоящее время фотоэлектрическими материалами существует много экзотических соединений, которые можно использовать для создания эффективных солнечных элементов. Суажит [66] разделил их на группы в соответствии с шириной запрещенной зоны и энергией сродства к электрону. Среди этих материалов можно отметить следующие (в скобках указаны значения ширины запрещенной зоны в эВ): |3-Zn4Sb3 (1, 2), Cd4Sb3 (1,25), p-ZnP (1,33), CdSiAs2 (1,55), ZnSiAs2 (1,75), Bi2S3 (1,3), Sb2S3 (1,7), PbSnS2 (1,05) и WSe2 (1,35).
Глава 8
НОВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В РАЗРАБОТКЕ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
8.1 Введение
Наиболее важным показателем при оценке экономической эффективности конкретных фотоэлектрических систем преобразования энергии является величина затрат на получение 1 Вт пиковой мощности, вырабатываемой солнечными элементами. В предыдущих главах рассматривались различные тонкопленочные элементы, интерес к исследованию которых обусловлен их собственной низкой стоимостью. В последние годы в ряде лабораторий активно разрабатываются солнечные элементы нового типа, предназначенные для работы в условиях концентрированного светового потока. Солнечные элементы могут иметь высокую себестоимость, однако она компенсируется снижением затрат на получение 1 Вт пиковой мощности за счет увеличения выходной мощности элементов при использовании концентраторов солнечного излучения при условии, что стоимость оптической системы, концентрирующей излучение, и устройства слежения за Солнцем составляет незначительную часть общей стоимости системы.
Анализ распределения энергетических потерь в солнечных элементах обычного типа показывает, что суммарные потери, связанные с избыточной энергией фотонов и энергией фотонов, не обладающих способностью вызывать появление избыточных носителей заряда, составляют более половины энергии, падающей на элемент. Это означает, что обычные солнечные элементы с характерными для них большими потерями энергии непригодны для работы в условиях сильной освещенности, в частности, при интенсивности излучения, превышающей десятикратную (1 Вт/см2). Помимо этого при сильной освещенности КПД преобразования энергии снижается под влиянием эффектов, наблюдающихся при высоком уровне инжекции носителей и высокой температуре. Решение указанных проблем потребовало разработки новых конструкций солнечных элементов, со-
