Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
* Решение (3.17) найдено для случая J = J(V) [Wysocki, 1961].
132
Рис. 3.15. Одномерная модель прибора с распределенными параметрами, используемая при анализе с помощью модели конечного числа элементов
стояния между контактными полосами, а затем эту секцию разделяют на конечное число элементов шириной Ах. Поскольку прямая xg/2 является осью симметрии к правой части элемента, обозначенного цифрой ’’нуль”, ток не течет.
В качестве пробного напряжения на этом элементе можно выбрать V0, тогда легко рассчитать протекающий через элемент ток /0, а затем Vt, It и последующие значения вплоть до напряжения и тока на выходе прибора. Варьируя пробный параметр V0, можно получить выходную вольт-амперную характеристику прибора даже при более сложной диодной характеристике. Данную модель довольно просто усовершенствовать для решения двумерной задачи [Mitchell, 1977].
Расчеты выполнены для гипотетического солнечного элемента с гетеропереходом, имеющего следующие параметры: xg = 0,1 см; J6D = 1 см2; w = 1 см; tt = 2-104 см; J0 = 10~9 А/см , А =2; = 0,03 А/см2. Сте-
133
^—*s=0
Рис. 3.16. Расчетная зависнмоств КПД преобразования солнечной энергии 7?s от удельного сопротивления р оптического окна
(1); то же, но при полном последовательном сопротивлении Rs = 0 (2); распределение напряжения V между двумя полосами контактной сетки солнечного элемента в режиме, соответствующем максимальной мощности, при удельном сопротивлении фронтального слоя 10м-см (3)
20 'У,В 0,8
15 -
10
5 -0,6
0,7
х
О------1-----1----1-----1----1
10~3 10-г 10~1 1 10 10г р, Ом-см
пень затенения поверхности контактной сеткой 5%. Все составляющие Rs, кроме распределенного сопротивления, 0,1 Ом-см2.
Результаты зтих расчетов, приведенные на рис. 3.16, показывают, что потери мощности во фронтальном слое пренебрежимо малы при его объемном удельном сопротивлении, не превышающем примерно 0,2 Ом-см.
Выполненный анализ позволяет сделать вывод о том, что Voc может уменьшаться (по сравнению со значением Voc при Rs = 0) при наличии существенного распределенного последовательного сопротивления вследствие закорачивания части структуры солнечного элемента, которая затенена контактной сеткой. Этот эффект играет особо важную роль в экспериментальных элементах, у которых Rs может быть довольно большим, а площадь поверхности, затеняемой контактной сеткой, составляет значительную долю активной поверхности прибора.
3.2.3. Физические явления, обусловливающие последовательное и шунтирующее сопротивления
Вклады объемных сопротивлений легированного слоя и базовой области в Rs определяются геометрическими параметрами солнечных элементов. Так, потери мощности в тонком фронтальном слое (где линии тока направлены вдоль поверхности прибора) будут несущественны при условии, что его удельное сопротивление р( < 10“3 — 1 Ом-см, тогда как в базовой области, где ток течет перпендикулярно поверхности, достаточным условием для сведения потерь к минимуму является р2 < 25— 103 Ом-см. Поскольку в некоторых случаях тонкие фронтальные слои солнечных элементов с гетеропереходами представляют собой поликристаллы, подвижность носителей в них ограничена рассеянием на границах зерен и для удельного сопротивления может быть характерна высокая степень анизотропии. В зтих случаях необходимо создавать либо очень высокую концентрацию носителей заряда, либо наносить слой прозрачного проводящего окна. Более подробно данный вопрос рассмотрен в гл. 6.
Учет влияния внутренних изолирующих слоев в солнечном элементе (таких, как обедненные слои или слой диэлектрика в p-i- п-структуре) на последовательное сопротивление оказывается более сложным. Если
134
Рис. 3.17. Энергетическая зонная диаграмма солнечного элемента (в), влияние нелинейного сопротивления контакта на его вольт-амперные характеристики (б). Штриховые линии - вольт-амперная характеристика неомического контакта и результирующие выходные характеристики элемента
JIZ
Неомический
контакт
\
Омическии
контакт
а)
J Контакт // В тем-J г'/ / натеу, уЗпемент
/ 1 1 1 у /При осде-У шении
5)
толщина этого слоя меньше диффузионной длины носителей заряда, меняющейся под воздействием локального электрического поля (1.5.1), то сопротивление по существу равно нулю. При толщине г-слоя, значительно большей Ln и Lp, при токе, ограниченном процессами, протекающими в области пространственного заряда, и в случае высоких инжек-ционных токов сопротивление становится нелинейным и наблюдается зависимость J го V2 [Rose, 1964].
При высоких коэффициентах концентрации солнечного излучения фотогенерированные носители заряда могут модулировать проводимость по мере того, как под действием света возрастает концентрация как неосновных, так и основных носителей (п р). При этих условиях боль-
шему фототоку отвечает более высокая концентрация основных носителей заряда; независимо от значения JL падение напряжения на солнечном элементе не превышает нескольких кТ.
Если полосы контактной сетки на поверхности фронтального слоя элемента удалены друг от друга на меньшее расстояние, чем диффузионная длина основных носителей заряда, то процесс их переноса регулиру-етя диффузией, а не дрейфом в электрическом поле, и порядок падения напряжения между полосами сетки равен к Т.
