Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
200
Параметры и выходные характеристики солнечного элемента с гетероструктурой AlGaAs - GaAs* (без применения концентрированного излучении)
Спой "окна” р*- AljfGa As
Легирующая примесь.......................... Ge
I Хр - х'р*| , мкм.......................... 7
Состав, х................................... 0,7
Д^.см"3..................................... Ю18
Eg, непрямые переходы, эВ................... 2,08
Е,
, прямые переходы, эВ................... 2,41
Спой p-GaAs
Легирующая примесь......................... Ge
I Хр Хр |, мкм............................. 1,2
Ln, мкм.................................... 5
А^.см'3..................................... 9¦ 10* 7
Подложка «-GaAs
Легирующая примесь.......................... Те
мкм............................ 200
Np, см-3.................................... 1,6 1018
Солнечный элемент
wd = \хп ~ ХР I’ мкм........................
J0, А/см2................................... 10 10
А........................................... 2
Voc (при AMI), В............................ 0,88
JSc (при AMI), А/см2........................ 0,02
//.......................................... 0,75
Щ,%......................................... 14,8
* Shcn L. С.-С. Ph. D./ California, Stanford. Thesis, Dep. Electr.
Eng., 1976.
Структура солнечного элемента, созданного Вудалом и Ховелом (рис. 5.6), в большинстве современных конструкций элементов практически полностью сохранилась, изменения коснулись только толщины и состава слоев.
Значительная часть носителей, фотогенерированных в слое р*- AlGaAs, рекомбинирует на лицевой поверхности при jс^+, на которой S = 106 см/с. Однако ввиду большой ширины запрещенной зоны для непрямых оптических переходов в AlGaAs вклад фотогенерированных в этом слое носителей заряда в общий фототок JL незначителен, и поэтому влияние потерь, связанных с рекомбинацией на лицевой поверхности, также очень мало. Несоответствие параметров кристаллических решеток AlGaAs и GaAs и возможность получения чистых границ раздела в процессе изготовления обусловливают малые рекомбинационные потери на гетеропереходе AlGaAs — GaAs, Sj < 104 см/с [Ettenberg, Kressel, 1976].
Поскольку в большинстве случаев р+-слой участвует в собирании носителей заряда (исключение составляет структура, рассмотренная в 5.2.4), электропроводность тонкого p-слоя, в котором происходит полезное поглощение большей части световой энергии, можно оптимизировать с целью увеличения Ln> а не коэффициента собирания. При сравнении диффузионного р- л-перехода, полученного с помощью диффузии ато-
201
Рис. S.6. Энергетическая зонная диаграмма типичного гетероструктурного солнечного элемента AlGaAs - GaAs
Расстояние от Расстояние от
р-п-перехода, мкм р-п ~ перехода, мкм
Рис. S.7. Зависимость тока, наведенного электронным пучком, от расстояния до
р - п-перехода:
а - структура со слоем р-GaAs - Zn, образованным при диффузии Zn в процессе выращивания слоя AlGaAs; б - со слоем р-GaAs - Ge, осажденным методом жидкофазной эпитаксии до выращивания слоя AlGaAs [Shen./ California, Stanford. Thesis, Dcp. Electr. Eng., 1976]
mob Zn и изготовленного путем осаждения слоя GaAs, легированного атомами Ge, установлены более высокие значения Ln и коэффициента собирания фотогенерированных носителей в последнем случае. Это под-тверждается, например, анализом результатов, полученных при измерении тока, наведенного электронным пучком (рис. 5.7). Из других измерений этим методом следует, что L„ =6,7 мкм при уровне легирования атомами Ge 2-10*7 см-3.
Диодные вольт-амперные характеристики солнечных элементов на основе GaAs достаточно хорошо можно описать инжекционными и ре-комбинационно-генерационными моделями Шокли. При значениях токов, соответствующих неконцентрированному освещению, характерному для условий АМ1, может доминировать как инжекционный, так и рекомбинационно-генерационный механизм, а при высоких уровнях концентрации солнечного излучения в большинстве элементов действует инжекционный механизм, которому соответствуют А = 1 и низкие зна-
202
Таблица 5.2. Диодные характеристики ряда солнечных элементов на основе GaAs
Тип элемента
/о. А/см2
А
Примечание
Гомопереходный*1 (0,25-5-1,7) *10”12
Гетеро структурный -
~ 2 Темновые измерения
1 При высоких концентрациях С светового потока
2 при АМ1
~ 1 Исходя из обработки экс-
периментальных кривых
Гетероструктурный * 2 2,08-10"19
п - р.гомопереходный* 3 1,4 -10”17 Гетероструктурный * 4 1,6 -10-9
Гетероструктурный *5 1,1-10”10
2-10
при 200 1000
1,1 Исходя из анализа зависи-
мости lg Jsc от V0C 2,28 Темновые измерения;
С - 1 для типичных элементов
~ 2 Темновые измерения
(расчет)
1
** Alferov Zh. К., Andreev U. М., Kagan М. В. е. a.// Sov. Phys. - Semicond, 1971, vol. 4.
*2 Ewan J., Knechtli R. C., Loo R.// Proc. 13th IEEE Photovoltaic Specialists Conf., 1978.
*3 Fan J. C-C., Bozler С. О.Ц Proc. 13th IEEE Photovoltaic Specialists Conf., 1978. *4 Loo R., Goldhaminer L., Anspauyh B.// Proc. 13th IEEE Photovoltaic Specialists Conf 1978.
** Shen L. C-C. Ph. D. California, Stanford. Thesis, Dep. Electr. Eng., 1976.
