Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
Контактное сопротивление Rc является, вероятно, существенной составляющей Rs в экспериментальных солнечных элементах. Большинство омических контактов представляет собой в действительности неидеальные диоды Шоттки с нелинейными характеристиками. Рисунок 3.17 иллюстрирует влияние таких ’’квазиомнческих” контактов на темновую и световую характеристики элемента. Как видно, ’’прямая” характеристика контакта накладывается на световую характеристику элемента, отвечающую режиму генерации энергии. Теория омических контактов рассмотрена кратко в 2.8.
Контактное сопротивление можно измерить, применяя различные электрические схемы [Berger, 1972; Сох, Strack, 1967].
Сущность одного из методов измерений — трехзондового — поясняет рис. 3.18. Через контакт 3, соединенный с вольтметром, который обладает большим полным сопротивлением, протекает очень малый ток, и поэтому падение напряжения на нем пренебрежимо мало; контакт 3 чувствителен к потенциалу внутри полупроводника. Варьируя ток, про-
135
КЕ>]
2 3 trrr. тт Я VT7i 1'
V Полупроводник
1 а)
Рис. 3.18. Схема для измерения сопротивления контактов (2 н 2') трехзондовым методом (а) н измеряемая вольт-амперная характеристика (б). Для нахождения рс в рабочей точке удобно определять котангенс угла наклона секущей, проведенной через точку J = Jm, например, в условиях АМ1, поскольку ctg <р = рс
ходящий через контакты 2 (а также 2') и 1, можно измерить вольт-амперную характеристику 2 и 2' и контактное сопротивление Rc. Интерпретация подобных данных требует критического анализа, поскольку после осуществления определенных операций по созданию контактов на поверхности полупроводника может остаться тонкий слой сильно проводящего материала, который по существу вызовет закорачивание 2 и 3, что приведет к получению очень низких значений Rc.
Согласно определению удельное сопротивление контакта
Рсо = dV/dJ\ y-Q =Rco (3.19)
где Л с — площадь контакта. В большинстве случаев контакты не обладают хорошими омическими свойствами, и поэтому рс0 = pc(V). Поскольку нас интересует падение напряжения Д V в рабочем режиме, удобно рассматривать эффективное удельное сопротивление контакта
Рс = A V/Jm >
где Jm — плотность тока, соответствующая максимальной мощности при определенной степени концентрации солнечного излучения (Ъис. 3.18).
При пренебрежимо малых омических потерях мощности (/Rs) удельное сопротивление контакта под полосами фронтальной сетки, как правило, не должно превышать 0,01 Ом-см2 в условиях АМ1 при 7,5%-ном затенении поверхности контактной сеткой, тогда как для тыльного контакта большой площади требуется выполнения условия рс < 0,2 Ом-см2.
3.3. ДРУГИЕ СПОСОБЫ АНАЛИЗА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
3.3.1. Анализ коэффициента собирания носителей заряда при протекании тока
В предыдущих примерах предполагалось, что коэффициент собирания носителей заряда t}q не зависит от приложенного напряжения смещения. Однако во многих реальных элементах, и в особенности в гетеропереходах с несогласованными параметрами кристаллических решеток, tjq уменьшается при прямом смещении, что приводит к снижению ff 136
и Voc. Анализ этого вопроса затруднен из-за нелинейности уравнений и отсутствия конкретных данных о свойствах материала в обедненном слое.
Рассмотрение изменения t\q при вариациях приложенного напряжения как возмущения по отношению к характеристикам идеального элемента позволяет прогнозировать особенности процесса переноса фотогенериро-ванных носителей заряда, не прибегая к решению уравнения переноса в обедненном слое в неравновесных условиях. Поскольку этот метод анализа основан на линейной суперпозиции темнового тока и фототока в обедненном слое, он является приближенным. Во многих случаях его применение возможно при простом учете возмущений, относящихся ко всем составляющим и множителям в выражении для коэффициента собирания и возникающих при вариациях напряжения смещения и длины волны света.
3.4. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ОБЛУЧЕННОСТИ НА КПД СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Значения облученности и температуры, характерные для космического применения фотоэлектрических преобразователей, заключены в диапазонах Ps/Pso ~ 0,03-г 2 (здесь Ps 0 — солнечная облученность на границе космоса и воздушной атмосферы Земли) и от —125 до +140° С, соответствующих орбитам Юпитера и Меркурия. Для наземной фотоэлектрической системы с концентраторами излучения облученность может превышать 103 Psо при регулировании температуры таким образом, чтобы она не превышала более чем на 5—10°С температуру теплосброса (которую при необходимости получения полезной тепловой энергии можно поддерживать на уровне Т> 100°С).
3.4.1. Зависимость J0 и А от облученности
У некоторых типов солнечных элементов с гетеропереходом, элементов с МДП-структурой и, в частности, на основе Cu*S —CdS наблюдаются вариации Jo и А (или одного из указанных диодных параметров) при изменении уровня облученности или длины волны излучения. Наиболее ярко этот эффект проявляется, когда между ловушечными центрами, расположенными в области перехода или вблизи него, и зоной проводимости или валентной зоной тепловой обмен носителями заряда замедлен (т. е. речь идет о так называемых медленных состояниях); при этом возможно изменение степени заполнения ловушек и, следовательно, их заряда при воздействии освещения. Кремниевым элементам данный эффект свойствен в меньшей мере.
