Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
3.4.3. Эффекты, связанные с высоким уровнем облученности
Для исследования зависимости КПД преобразования солнечной энергии от облученности представляется целесообразным (вследствие сложности получаемых уравнений) использовать в основном численные методы анализа [Spaderna, Navon, 1978]. При изучении зависимости щ от облученности раздельное рассмотрение вариаций Jsc, Voc и ff, как это мы уже делали, не имеет физического смысла. Установлено, что при высоких уровнях облученности влияние последовательного сопротивления элемента на // оказывается более существенным по сравнению с воздействием сопутствующего повышения температуры.
Плотность фототока JL * -Jsc прямо пропорциональна плотности потока фотонов Г, если время жизни неосновных носителей заряда не зависит от Г. Активное перемещение носителей заряда при повышенных плотностях потоков фотонов способствует насыщению рекомбинационных центров, увеличению времени жизни и, следовательно, коэффициента собирания носителей [Vasil’ev е. а., 1975]. Предположим, что в поглощающем слое проводимости p-типа имеются рекомбинационные центры до-норного типа, образующие энергетический уровень Er =Et, а время жизни носителей заряда (тп « ти0) не зависит от концентрации фотогенериро-ванных носителей до тех пор, пока пр не достигнет NA (тп0/тР0)*. В том случае, когда концентрация электронов превышает это значение, существенное увеличение времени жизни носителей заряда приводит к появлению сверхлинейной зависимости от Г у элементов, обладающих низкими начальными значениями ijq. Бели же они велики, то изменение Vq при вариациях облученности мало и сверхлинейность незначительна. Сверхлинейная зависимость JL от Г наблюдалась [Но е. а., 1977; Но, Mathias, 1978] у солнечных элементов иа основе кремниевых лент, полученных методом EFG—вытягивания из расплава через фильтры. Данные этих авторов, подтвержденные результатами отдельных измерений, свидетельствуют о том, что диффузионная длина неосновных носителей заряда увеличивается при возрастании потока фотонов.
Напряжение холостого хода повышается с ростом облученности в соответствии с соотношением Voc со ln [JL (Г)//0 ] до тех пор, пока при высоком уровне инжекции не станут справедливыми более сложные закономерности. К эффектам, характерным для высокого уровня инжекции, относятся падение напряжения в обедненном слое в области перехода, которое становится заметным при высоких Voc, и изменение А от А = = 1 до 2.
На рис. 3.22 показан интересный пример, иллюстрирующий влияние сильной облученности на характеристики p-i-n -структуры с учетом того, что время жизни неосновных носителей заряда во фронтальной части поглощающего слоя увеличивается при повышении их концентрации в результате инжекции под действием прямого напряжения смещения. Следовательно, при прямом смещении значение по-видимому, должно быть больше, чем при отсутствии напряжения [Swanson, 1979].
* Так, при захвате носителей заряда рекомбинационным центром донорного тала под действием сил кулонов ского притяжения Тро да103 тпо-
142
Рис. 3.22. Вольт-амперные характеристики кремниевого солнечного элемента с v-i-n-структурой активной площадью 0,22 см2 при высоком уровне облученности
При Rs = 0 коэффициент заполнения вольт-амперной характеристики // увеличивается по мере повышения облученности элементов (рис. 3.11).
Влияние ненулевого последователь- 0 °’1 W °’S у>в
ного сопротивления на ff становится
существенным при сильной облученности. Для того чтобы потери мощности были незначительны, необходимо обеспечить выполнение соотношения Rs < Voc %s/Jsc, где eCs - допустимая доля омических потерь Р Rs, определяемая из (3.11). В условиях АМ1 предельное допустимое значение Rs составляет 0,5 Ом-см и, следовательно, при повышенных облученностях должно выполняться условие Rs < 0,5 С-1 Ом-см2.
У элементов, которые предполагается использовать при С= 103, трудно достигнуть значений Rs < 5-10”4 Ом-см2, так как для этого требуются контактная сетка специальной формы1 с близко расположенными полосами и низкое сопротивление контактов. Зависимости ff от коэффициента концентрации излучения для различных Rs (без учета изменения параметров при вариациях температуры) показаны на рис. 3.11.
При наличии хорошего теплоотвода rjs возрастает почти по логарифмическому закону по мере повышения облученности до тех пор, пока под влиянием высокого уровня инжекции и последовательного сопротивления при увеличении С не начнется насыщение или даже спад j?s .
З.б. АНАЛИЗ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ
Анализ потерь энергии чрезвычайно полезен при оптимизации элементов. Оценив перспективы снижения потерь энергии каждого вида, оптимизацию приборов можно проводить, устраняя потери какого-либо одного вида. Такой способ анализа, аналогичный выполненному Вольфом [Wolf,
1971], иллюстрирует рис. 3.23. Потери энергии можно разделить на следующие основные составляющие:
hv>Eg — термализация (передача энергии решетке) горячих носителей заряда с энергией вблизи края соответствующей
зоны;
hv<Eg — прохождение через элемент фотонов низких энергий, не сопровождающееся генерацией электронно-дырочных пар;
