Читальный зал -->  Солнечные элементы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 [ 60 ] 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91

Таблица 4.4. Характеристики тандемных солнечньгх элементов

Толщина W, мкм				Примечание
		0,73		Практически достижимые значения
				(расчет)
		0,57		Лицевой и тылыай контакты соеди-
				нены (эксперимент)
		0,572	13,5	Подсоединен только тыльный контакт
				(эксперимент)

верхности обеспечивает значительное уменьшение потерь, связанных с рекомбинацией на тыльной поверхности.

Максимальный КПД получается при соединении лицевого и тьшьного контактов, однако лицевой контакт может быть изолирован и находиться под плавающим потенциалом Vqc, снижающим эффективную скорость рекомбинации на лицевой поверхности [Landis, 1981].

Суммарный рекомбинащюнный ток в поглощающем слое пропорционален интегралу J U(x)dx, и частично из-за отражения света от тьшьной

поверхности ток этого типа солнечного элемента увеличивается с ростом толщины W, что совершенно не похоже на асимптотическое насьпце-ние зависимости от W в обычных солнечных элементах. Характеристики тандемного солнечного элемента, изготовленного из кремния с удельным сопротивлением 2,7 Ом, в условиях освещения АМО, приведены в табл. 4.4.

Потенциальные преимущества тонких тандемных солнечных элементов - это отсутствие потерь, характерных при наличии лицевой токосъемной сетки, что делает их идеальными для концентраторных систем, более высокий показатель отношения мощности к весу и упрощение монтажа элементов в модули благодаря межэлеменгным соединениям на одной стороне элемента.

4.6.3. Тонкие солнечные элементы

Конструкции этих элементов оптимизированы с целью достижения максимального показателя отношения мощности к весу. После резки слитка пластины утончают до толщины 50-60 мкм путем травления в горячем растворе NaOH. Подбором времени и температуры процесса, сопровождающегося образованием С1шава алюминия на тьшьной поверхности элемента, добиваются оптимального коэффициента отражения длинноволнового света, что способствует вторичному его прохождению в элементе. Конструкции, использующие этот эффект, называют солнечными элементами типа BSR с отражающим зеркалом на тьшьной поверхности [Rasch е. а., 1980; Chal, 1980].

В принципе можно изготовить элементы с коэффициентом отражения от тьшьной поверхности около 0,8, однако по ряду соображений зтого не делают [Wrigley, 1977]. В опытном производстве получены элементы с КПД = 14,3% при АМО и отношением полезной мощности к весу

1250 Втр/кг [Lindmayer, Wrigley, 1976; Scott-Monsk, 1978]. Поскольку область рекомбинационных потерь тоньше, эти элементы имеют повышенную радиационную сто1ссость к воздействию частиц высокой энергии.

4.6.4. Другие направления

Для снижения стоимости изготовления применяют поликристалли<ге-ские структуры. Изготовленные из них солнечные элементы, как правило, имеют более низкие КПД, но при их производстве исключается большое число технологических операций. Такая технология применима не только к кремнию, но и к другим материалам и будет детально рассмотрена в гл. 6. Солнечные элементы на основе барьеров Шоттки, структур металл-окисел-полупроводник и металл-диэлектрик-полупроводник имеют более высокую чувствительность в голубой части спектра и не требуют проведения процессов диффузии при их изготовлении (наличие границ зерен в поликристаллических материалах усложняет контроль диффузионных процессов). Эти проблемы более подробно освещены в гл. 2. Здесь же речь пойдет об элементах, близких по конструкции к солнечным, изготовленным иэ монокристаллического кремния. Для снижения цены монокристаллов Si вместо традиционных способов выращивания используют метод направленной кристаллизации. Материал, изготовленный таким образом, имеет поликристаллическую столбчатую структуру. Солнечные элементы, изготовленные из пластин, вырезанных по нормали к оси столбчатых кристаллов, в случае большого размера зерна близки по параметрам к элементам иэ монокристаллического материала. При среднем размере зерна, превьпиающем несколько миллиметров, для элементов, измеренных в условиях АМО, т? 12% [Fischer, Pschunder, 1976; Fischer, 1978]. Бьша получена интересная зависимость между т? и размером зерна [Fischer, 1978] (рис. 4.27) элементов с КПД до 16% (при AMI) [Lindmayer, 1978а].

Среди других попыток использования поликристаллических материалов - нанесение слоев p-Si методом химического осаждения из паровой фазы сначала на подложки иэ крупнозернистого металлургически чистого кремния, иэ керамики и металлов, а затем нанесение эпитаксиальных слоев л-типа проводимости. В полученных таким способом солнечных элементах КПД изменяется в диапазоне от 6 до 10,6% (при условиях освещения AMI) [Chu е. а., 1978; Robinson е. а., 1978].

Получение тонкого диффузионного слоя в поликристаллическом материале сопряжено с проблемой быстрой диффузии легирующей примеси

100 tf,MKM

Рис. 4.27. Зависимосгь КПД (1?) солнечного элемента при AMI от размера W зерна немонокристаллнческого материала. Расчет выполнен для элемента со структурой п* - р при Рр = 5 Ом-см:

1 при наличии нзотнпного перехода у тыльной поверхности; 2 - S = оо на тыльной поверхности

вдоль границ зерен. Если все границы зерен нормальны плоскости солнечного злемента, то зто можно использовать для создания многопереходного злемента с вертикальным р - -переходом (например, показанного на рис. 4.24). При более разупорядоченной ориентации границ зерен предпочтительнее другие способы создания барьеров. Среди них: осаяоде-ние слоев прозрачного металла (и диэлектрика) с целью создания барьера Шоттки или структуры металл-диэлектрик -металл и ионная имплантация, при которой мала диффузия по границам зерен. Солнечные элементы на основе МДП-структуры просты в изготовлении, отличаются высокой чувствительностью в голубой части спектра и при использовании поликристаллического материала имеют КПД до 10,5% (при AMI) [Green е. а., 1978].

Одно из направлений разработок - зто создание солнечных элементов из монокристаллов Si для концентраторных систем со средней степенью концентрации (менее 300). Модификация конструкции этих элементов направлена на уменьшение последовательного сопротивления (за счет оптимизации рисунка токосъемной сетки, снижения контактных и удельного сопротивлений материалов), улучшения тешюотвода и повышения КПД (даже за счет возрастания стоимости элементов, поскольку она для концентраторной системы снижается обратно пропорционально КПД злемента). Для реализации потенциальных возможностей подобных элементов особо важным является снижение поверхностей рекомбинации неосновных носителей на тьшьной поверхности [Ни, Drowley, 1978]. При концентрациях, соответствующих освещению 400-кратным солнечным потоком, КПД кремниевых солнечных элементов достигал 17%, а при 500-кратном освещении предполагают достичь уровня 20% [ODonnelle.a., 1978].

4.7. ЭКОНОМИКА И НОВЫЕ ИДЕИ

Для широкого использования фотоэлектрического метода преобразования солнечной энергии в наземных условиях необходимо дальнейшее снижение стоимости солнечных элементов, которое можно достичь за счет решения проблем по следующим направлениям: исходные материалы; очистка; технология; новые идеи.

Первые три из них относятся в основном к опыту промышленного производства, где достижение достаточно больших объемов выпуска - критический фактор снижения цены. По этой причине министерство энергетики США и Европейское экономическое сообщество (ЕЭС) специально стимулировали исследования и разработки в области фотоэлектрического преобразования энергии, в частности создание заводов по производству солнечных батарей и проведение демонстрационных испытаний в полевых условиях, что уже само по себе распшряло рьшки сбыта солнечных элементов. Новые идеи, несмотря на их непредсказуемость, могут привести к еще более значительному снижению цен.

Перспективу снижения цен на кремниевые солнечные элементы можно наглядно продемонстрировать зависимостью стоимости единицы генерируемой или пиковой мощности от объема производства солнечных элементов, характеризуемого суммарной мощностью (рис. 4.28).

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 [ 60 ] 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.