Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
повышенных температурах.
При концентрировании излучения хорошие рабочие характеристики могут иметь
и солнечные элементы на GaAs с лицевой гетероповерхностью. Поперечное
сечение такого элемента схематически показано на рис. 40 (вставка) [45],
где также приведена вольт-амперная характеристика этого элемента при
интенсивности излучения, эквивалентной излучению 945 солнц в условиях
АМ1,5. Фактор заполнения этого прибора равен 0,79, напряжение
(50)
Величину Js можно представить в виде
/ Т \ 3/2 - Еа(Т) 1
/. = const (-JT-) ехр ;--------------
(51)
Солнечные батареи,
437
Рис. 39. Зависимость напряжения холостого хода от темпера- 0,8
туры прибора при различной кратности концентрации солнечного излучения
[26].
0,7
&0,6
0,5
холостого хода составляет 1,13 В, максимальная выходная мощность 10,7 Вт
и к. п. д. 23,3 % при 50 °С.
Для повышения к. п. д. и выходной мощности можно использовать
многокаскадные солнечные элементы (рис. 8 и 25) либо устройства
спектрального разложения света. В последнем случае солнечное излучение
разлагается на много узких спектральных полос и излучение из каждой
полосы преобразуется с помощью элемента, ширина запрещенной зоны которого
выбрана наиболее
12
10
8
X 6
Ч
4
2
0_________________________________________ .
О 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2
Напряжение, В
Рис. 40. Измеренная вольт-ампериая характеристика солнечного элемента
AlGaAs^GaAs при 945-кратной концентрации солнечного излучения. На вставке
показано поперечное сечение прибора [45].
AM 1,5 945 солнц.
10,7 Вт-Металлический
/7=7? 7 % металлически
' 'просветляющее /с/1ои I покрытие /
А______.у--
1~УТ2
ч-
30
Р/41 о,93 6aao7s4s(5 'Ю'7)
р б а Лз (7* ton
-p*6a/1s
n-6a/1s(7-10 V)
Подложка i
- Концентрация солнечного излучения
27 45 60 75
Температура, °С
438
Глава 14
Концентратор света и тепловой радиатор
Дихроичнь/е
зеркала
" Тепловой контакт Зле мент / (?^})
Зле мент J _
Злемент 2 (?g2 < ? t)
. Теплопровод к 'тепловому ра&иатору
Рис. 41. Возможная конструкция модуля спектрального разложения света,
обеспечивающего высокую эффективность преобразования [46].
оптимальной по отношению к спектральному составу данной полосы. Возможная
конструкция устройства спектрального разложения света показана на рис. 41
[46]. Дихроичные зеркала разлагают падающий концентрированный свет,
отражая фотоны с высокой энергией в элемент 1 и пропуская фотоны с низкой
энергией к элементу 2 и далее к элементу 3. При 1000-кратном
концентрировании солнечного излучения максимальное значение к. п. д. при
делении света на два спектральных диапазона можно получить с помощью
описанного выше (рис. 8) графического метода. Это значение составляет ~60
%. При делении излучения на
3 спектральные полосы максимум к. п. д. близок к 70 %, а при делении
на 10 полос он составляет -85 %. Идеальное значение к. п. д. при
разложении света на п спектральных полос выше, чем при последовательном
соединении п каскадов с различными ширинами запрещенной зоны. Дело в том,
что при разложении спектра плотность тока в каждом элементе
оптимизируется независимо. Это обеспечивает максимум к. п. д. всей
системы.
На рис. 42 (вставка) показано экспериментально реализованное устройство,
состоящее из солнечного элемента AlxGai_x As с х < 0,24, кремниевого
солнечного элемента и фильтра, осуществляющего разложение спектра. На
этом же рисунке приведены вольт-амперные характеристики обоих элементов
при 165-кратной концентрации солнечного излучения (АМ1,2) [47].
Максимальная выходная мощность составляет 1,44 Вт и 0,95 Вт для элементов
на AlGaAs (Eg - 1,61 эВ) и Si (Eg =1,1 эВ) соответственно, а значения к.
п. д. равны 17,4 и 11,1 %. Полный к. п. д. системы равен 28,5 % при 30
°С.
Солнечные батареи
439
Si
ИМ 1,2 165 солни, Т{~28,5 %
0,915 Вт 4//п"
ГГ=0 725 Вт
' FF= 0,827
Зеркаль-ный рильтр'б! _______1
0,2
/!16а/4 s
Концентратор ИtGaAs
1,0 1,2 1,4
Рис. 42. Вольт-амперные характеристики солнечных элементов на Si и
работающих в устройстве спектрального разложения [47].
Стеклянное или пластмассовое покрыла
Захваченные
(ротоны
Ктнц ентрированный солнечнь/й свет
\ ) . \'Ш/У ' Г I '/'ММ/
'1 ^'yVA J М?\
1ММ •
а
Излучение
Поглощение
1,0
О
Стеклянный -или пластмассовый yiucm - Фотоэлемент -Зеркало
0,310,40 0,50 060 0,70 0,80 0,90 Длина оолны, мкм
AlGaAs,
Рис. 43. Накопитель солнечного излучения, в котором используются
люминесцентные красители, поглощающие узкие спектральные полосы
солнечного света, я затем испускающие фотоны с различными длинами волн
148].
440
Глава 14
Другой перспективный метод преобразования солнечной энергии состоит в
использовании листа стекла или пластмассы, покрытого люминесцирующими
красителями, которые поглощают солнечный свет в узких спектральных
диапазонах, а затем испускают фотоны разных энергий во многих
направлениях (рис. 43). Свет, отражаемый от границ, оказывается
"захваченным" внутри листа, поскольку красители уже не могут поглощать
