Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
242
Глава 4
- 0,7
1,6
> 0,5 <
1,5 е г
- 0,3 J?
> 0,1
1,3 J
Н% мВт/см2 5
Рис. 4.6. Зависимости КПД, последовательного Rs и шунтирующего Rsft сопротивлений (а), а также фототока диодного коэффициента п и обратного тока насыщения Is (б) солнечного элемента на основе Cu2S—CdS от интенсивности излучения Н [611.
Рис. 4.7. Кривые зависимостей напряжения холостого хода V0c интенсивности излучения Я для солнечных элементов на основе Cu2S—Zn0#1Cd0f9S (7) и Cu2S—CdS (2), получаемых методом пульверизации, и типичных элементов со структурой Cu2S—CdS, создаваемых с помощью вакуумного испарения (3) [28 J.
методом пульверизации с последующим пиролизом, зависимость напряжения холостого хода от интенсивности излучения отличается от логарифмической. Эти результаты наряду с графиком
Солнечные элементы на основе сульфида меди
243
логарифмической зависимости Voc, обычно наблюдаемой у тонкопленочных солнечных элементов на основе C112S—CdS, приведены на рис. 4.7.
Ширландом [62] исследовано влияние температуры на напряжение холостого хода, ток короткого замыкания и КПД элементов в интервале температур: —180... +150°С. При повышении температуры напряжение холостого хода Voc падает, причем при температурах до —50 °С Voc уменьшается с небольшой скоростью, а при дальнейшем росте температуры, вплоть до 150 °С, происходит более быстрое снижение V0c, характеризующееся линейной зависимостью с температурным коэффициентом —1,6 мВ/°С. В области температур менее 100°С ток короткого замыкания, имеющий максимум примерно при —40 °С, слабо зависит от температуры. При температурах, превышающих 100 °С, ток короткого замыкания существенно уменьшается. В области очень низких температур КПД сначала резко возрастает, достигая максимума при —80 °С, а при более высоких температурах быстро снижается. Значение температурного коэффициента V0c, полученное Сингхом [29], составляет —1,3 мВ/°С.
4.4.2 Спектральная чувствительность
Отличительной особенностью спектральных характеристик чувствительности всех солнечных элементов со структурой C112S—CdS является наличие ярко выраженного гистерезиса, который проявляется в том, что при измерениях, начинаемых при больших значениях длины волны и оканчиваемых в коротковолновой части спектра, чувствительность элементов заметно ниже, чем при прохождении того же спектрального диапазона в противоположном направлении [13, 19, 62, 63]. При длинах волн Я>0,65 нм чувствительность элементов понижается [37]. Эти эффекты связаны с явлением гашения фоточувствительности, обусловленным зависимостью напряженности поля в переходе от длины волны и интенсивности света [59]. Однако данные эффекты устраняются при наличии подсветки, осуществляемой с помощью коротковолнового или белого света [13, 19, 37]. Если при измерениях спектральной чувствительности элементов на основе C112S—CdS наряду с монохроматическим излучением дополнительно используется белый свет, то гистерезис отсутствует, а фотоотклик оказывается более высоким и однородным во всей области чувствительности [64]. Благодаря подсветке в переходе поддерживается высокая напряженность электрического поля, что способствует эффективному собиранию носителей заряда. Рис. 4.8, а иллюстрирует влияние интенсивности излучения, с помощью которого создается подсветка, на коэффициент собирания носителей заряда в высокоэффективных тонкопленочных солнечных элементах на основе CuaS — CdS [64, 65].
'244
Главе* 4
Рис. 4.8. Зависимость коэффициента собирания Q носителей при X = 0,9 мкм 6'^ЬнкоплМбЧных солнечных элементах як основе" Си2S—CdS от Ми^нсйв-нЬетй И беЛагб с?ёТа,' исполь'зуейоГО & качеств подсветки'(а) '[ббр^спек-тр-аяъные зависи-мост« плотности тока J солнечных элементов со структурой Cu2^~^dS,, получаедых методом .пульверизации, при, различных напряжениях^ смещения (б) [56]; зависимости’тока / тыльно-барьерных солнечных элементов на основе Cu2S—CdS о?"энергии фотонов hv при толщине ёл'о'я CdS <3,4r’('iy~‘й;Ш !мкм' (2), также';Зависимость коэффициента ’собир&нйй & •носителей 6Ь‘ фрЪнтаЛШо-бар©ер',Йом^^л^]йенте^ со * структурой C^u^^CdS (3). рт длины, *волныг. света X *(«). .{65J,
Фот0той^М'ем^ен?'0в, как сйгёДует й? графиков, йрйбёдейных
4.#/ &, ;*от ‘шщтшеят бм^хцей^^ [5@].*Он
й^з^аотйёт - Т1рй ^увем^еЫй*1'; сКУра^гнаг# * напряжения'' * *см?Щбнйя 0 сттк&ттйёмЧ?-^?Ч б'уШ^сЭДованйе^эШй *за-МсШъът>ч*В5Гзайо е^змененйШ1'-(ВДд *йй?янйём -напряжений (Шей^ни^)'^Шр>#ж&нноёШ- ной я-ШтсШ- *&е р^ехОда ййЙоэф*фи-ШШ! сМир йШя ей^Ш]*
Ш*[тв'!Чт&'к^ф'ф^и^м^ёб'бйрШШ У ерных М^м?нтов теоре’тачЬсШ'?вып?ё; чёмну^*фронтаМъ>{^баpb’eff-
Солнечные элементы на основе сульфида меди
245
ных, элементы второго типа благодаря большей ширине'ейёк-тральной области чувствительности, 'имеют; как правило, болеё высокий фототок. На рис. 4.8, в представлены спектральные зависимости коэффициента собирания и фототока (при налиЧШ подсветки) соответственно высокоэффективных фронтальнобарьерных солнечных элементов с отражающим контактом [65] и тыльно-барьерных элементов на основе C112S—CdS, изготовляемых методом пульверизации с последующим пиролизом [48]. Этот рисунок также иллюстрирует влияние толщины слоя CdS на спектральное распределение фототока тыльно-барьерных элементов [48]. Анализируя данные зависимости, можно отметй!ъ, что высокая чувствительность фронтально-барьерных элементов с отражающим контактом при А,<0,5мкм является следствием собирания фотогенерйрованных неосновных носителей заряда как из слоя Cu2S, так и из CdS; резкое снижение чувствительности тыльно-барьерных элементов при А,— 0,5 мкм вызвано полным поглощением света с длиной волны А,<0,5 мкм в слое CdS; ’длинноволновая граница спектральной области чувствительности при А,~1 мкм отвечает краю поглощения G112S; спектральная характеристика чувствительности фронтально-барьерных элементов име‘ет провал в области длйн волн 0,51... 0,55 мкм [19, 38/42, 58, 64, 66]. Вопрос о причине его возникновения является дискуссионным. Некоторые авторы [66] объясняют этот эффект наличием4 фотопроводящего слоя в CdS и пика в зоне проводимбсГи на границе раздела Cu2S—CdS, другие авторы [42] полагают, что вследствие довольно высокой прозрачности вёрхнёгб слОя Cii2S по отношению к излучений в указанной сйектрШ1ьной области его значительная доля поглощается в глубине базового слой CdS и, следовательно, дает меньший вклад 8 фототок. Результаты/ расчета спёкФр'альной чувствительности фройТальнО-барЬерных: 'солнечных’" элементов со структурой Cti^S—CdS прй^разли^ной тблщ'и^е слоя GI12S показывают, что наибольшая' ^л^бйна* йров'ала на спектральной характеристике соответствует тонкиМ’'^лбямгСй25,? тогда как при- очень боЛШФй ТоАщйнеслоя Cu^S йрЬвал исчезает [42]
