Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 8.2. Схема конструкции многопереходного солнечного элемента с У-образными канавками,
ив].
376
Глава 8
rb, мкс
Рис. 8.3. Расчетные характеристики многопереходных кремниевых солнечных элементов с 1/-образными канавками, [16]. а) Зависимости внутреннего коэффициента собирания носителей заряда Q от коэффициента концентрации К солнечного излучения при различных значениях объемного времени жизни носителей: 1 —0,1 мкс, 2 — 1 мкс, 3 — 10 мкс, 4 — 100 мкс; б)
Зависимости напряжения холостого хода Voc от объемного времени жизни носителей ть при ть, мкс
различных значениях коэффициента концентра- &
ции излучения: 1 — 1, 2—10, 3 — 102, 4 —
103, 5 — 104; в) Зависимости КПД от объемного времени жизни носителей ть при различных значениях коэффициента концентрации излучения: 1— 1, 2 — 10, 3 — 102, 4 — 103, 5 — 104.
генерированных пар, определяется главным образом скоростью объемной рекомбинации носителей. Результаты расчета зависимости внутреннего коэффициента собирания от коэффициента концентрации солнечного излучения показаны на рис. 8.3, а. В многопереходном солнечном элементе при объемном времени жизни носителей менее 10 мкс и коэффициентах концентрации излучения в диапазоне 1...103 может быть получен внутренний коэффициент собирания, равный 95%. Для достижения сравнимых значений внутреннего коэффициента собирания в солнечном элементе с контактами типа «гребенка в гребенке», имеющем толщину 100 мкм, необходимо, чтобы время жизни носителей составляло 90 мкс. Следует отметить, что наблюдаемое увеличение внутреннего коэффициента собирания при повышении коэффициента концентрации излучения может быть вызвано действием электрического поля, связанного со значительным падением напряжения внутри элемента при высоких плотностях тока. Снижение внутреннего коэффициента собирания при еще более высоких интенсивностях излучения является результатом уменьшения диффузионной длины вследствие рассеяния носителей на носителях, а также ослабления влияния электрического поля при наличии модуляции проводимости и уменьшении подвижности носителей [16].
Для многопереходных солнечных элементов с V-образными канавками характерно более высокое отношение площади освещаемой поверхности к объему по сравнению с планарными
Новые напр, в разработке солнечных элементов
377
элементами, поэтому в многопереходных элементах фотогенери-рованные носители сосредоточены в относительно меньшем объеме, что обусловливает более высокую концентрацию избыточных носителей и соответственно повышенные значения V0c-Многопереходный кремниевый солнечный элемент толщиной 50 мкм с окисленными участками тыльной поверхности шириной 10 мкм имеет эффективную оптическую толщину 267 мкм при отношении площади освещаемой поверхности к объему, в 10 раз более высоком, чем у планарного элемента толщиной 267 мкм. Вследствие этого при объемном времени жизни носителей 100 мкс Voc многопереходного элемента превышает Voc планарного элемента на 73 мВ при коэффициенте концентрации излучения К= 1, на 51 мВ при /(=10, на 31 мВ при К = 102, на 30 мВ при /С= Ю3 и /С = 104. Расчетные зависимости Voc многопереходного солнечного элемента при /С = 1... 104 от объемного времени жизни носителей представлены на рис. 8.3, б.
Результаты расчета [16] показывают, что при объемном времени жизни носителей, превышающем 50 мкс, и коэффициентах концентрации излучения 1...103 значения коэффициента заполнения FF вольт-амперной характеристики могут составить 0,8 и выше. При времени жизни 50 мкс и 300-кратной концентрации излучения FF = 0,81. Благодаря малым размерам единичных элементов и значительной модуляции проводимости в базовой области многопереходных солнечных элементов в условиях сильной освещенности омические потери мощности на внутреннем последовательном сопротивлении при коэффициентах концентрации излучения вплоть до 103 оказываются довольно низкими. Однако при коэффициенте концентрации,, равном 104, потери мощности становятся существенными, а значение FF снижается до 0,74 при объемном времени жизни носителей, равном или несколько превышающем 10 мкс.
На рис. 8.3, в приведены зависимости КПД оптимизированного многопереходного солнечного элемента с V-образными канавками от объемного времени жизни носителей при комнатной температуре и различных коэффициентах концентрации излучения. Вследствие повышения напряжения холостого хода с ростом интенсивности излучения значения объемного времени жизни, обеспечивающие высокий КПД, уменьшаются по мере увеличения коэффициента концентрации. Для получения КПД, равного 20%, при К= 1 необходимо время жизни 229 мкс, а при К= 100—5 мкс.
Многопереходные кремниевые солнечные элементы, состоящие из 43 последовательно соединенных единичных элементов, при /( = 300 и температуре 300 К имеют КОс = 30,2 В, /8С = = 44,3 мА, FF = 0,63, что обеспечивает КПД 12,2 %, значительно-отличающийся от ожидавшегося значения 24,5%. Причиной
378
Глава 8
низкого коэффициента заполнения является малое объемное время жизни носителей (0,8 мкс). Расчетное значение КПД, равное 24,5%, получено в предположении, что объемное время жизни носителей составляет 50 мкс и просветляющее покрытие снижает потери излучения на отражение до 7 % (наблюдаемые же потери этого вида достигают 23 %).
