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

1.4. РЕШЕНИЕ УРАВНЕНИЯ ПЕРЕНОСА

1.4.1. Граничные условия

Рассматривая солнечный элемент с гомогенным р-л-переходом, энергетическая эонная диаграмма которого приведена на рис. 3, представим, что все полезное излучение поглощается в квазинейтральной области р-типа (хр <,х < Ур). Под действием электрического поля избыточные неосновные носители заряда эффективно удаляются из области, расположенной вблизи границы обедненного слоя (х =Хр), таким обра-

Рис. 1.3. Энергетическая зонная диаграмма солнечного элемента наиболее простой конструкции с гомогенным переходом при прямом напряжении смещения:

Ер и Ерр - квазиуровни Ферми для электронов и дырок; согласно предположению, при х=Хр Пр=Пр0ехр(дУЦкТ)) и в обедненном слое (его щирина приведена в увеличенном масштабе) фотогенерации носителе! не происходит

зом, что при X -* Хр н нулевом напряжении смещения значение Ир приближается к Про. При прямом напряжении смещения, равном V, концентрация носителей при х = Хр может быть представлена в виде

Пр=Проехр{дГЦкГ)).

(1.15)

Данное соотношение справедливо в том случае, когда при прямом смещении положение квазиуровня Ферми для электронов в обедненной носителями области перехода постоянно, что является основной посылкой теории гомогенных р - и-переходов, разработанной Шокли [Shockley, 1949]. Указанные условия, как правило, выполняющиеся с достаточной степенью точности, позволяют существенно упростить решение уравнения. Этот вопрос будет рассмотрен в 1.5.4.

1.4.2. Поглощающий слой полубесконечной толщины

Предположим, что толщина поглощающего слоя значительно больше диффузионной длины неосновных носителей и глубины проникновения света при рассматриваемой длине волны хр-Хр > L и Хр-Хр > а *. Далее будем считать, что в квазинейтральной области проводимости р-типа (хр <х <хр) ё 0. Уравнение переноса в результате упрощения приводится к виду

dnp/dx - {Пр - Про)1(Р т ) =G(x)ID =

= -(аГ ) )ехр[-а(х-Хр)]. (1.16)

Здесь Г = Г (X) - плотность потока фотонов монохроматического излуче-16

ния при х = Хр. Граничные условия имеют вид Пр = Проexp(qV/(kT)) при х=Хр;

при х-

Непосредственное решение уравнения дает следующее выражение для неравновесной концентрации постелей:

р - Про

аГ(Х)

\кТ/

-(х- Хр)

-(х- Хр)

(D T )

-ехр[-а(х-хр)1

(1.17)

Первое слагаемое в этом выражении характеризует диффузионную составляющую концентрации неосновных носителей в темноте при прямом напряжении смещения, приложенном к рассматриваемой половине диода Шокли. Второе слагаемое представляет собой концентрацию неосновных носителей, обусловленную воздействием света. Произведение L = (Z) T ) носит название диффузионной длины неосновных носителей. Электроны, генерируемые в однородном полупроводнике на расстоянии L от области, в которой происходит их собирание, достигают ее с вероятностью, равной е *.

Плотность диффузионного тока злектронов может быть представлена в виде

J Qc) = qD dnp/dx-eKp

-(Х-Хр)

ехр(

?аГ(Х)

а - ml

а ехр

-а(х-Хр)

- - ехр

-ix-Xp)

(1.18)

Первое слагаемое в правой части уравнения (1.18) - плотность диффузионного тока, протекающего через данную половину диода Шокли при прямом напряжении смещения в темновых условиях. Отметим, что приложенное напряжение не оказывает влияния на фототок, создаваемый монохроматическим излучением (второеслагаемое (1.18)), а темновой ток, возникающий при прямом напряжении смещения, не зависит от наличия освещения. Данное свойство, характерное для так называемого идеального солнечного элемента, является следствием принципа суперпозиции. Поскольку дифференциальное уравнение (1.16) и граничные условия линейны относительно Ир, результирующий ток представляет собой сумму темнового тока, обусловленного инжекцией носителей, преодолевших потенциальный барьер при прямом напряжении смещения, и тока, генерируемого под действием света в объеме полупровод-

* С целью упрощения анализа полагают, что максимальная концентрация носителей, генерируемых в поглощающем слое, Цртах Г(Х)/(а£) ). Это соотношение справедливо при малых потерях носителей вследствие обьемиой рекомбинации, т. е. при высоких значениях коэффициента собирания.

2 -Зак. 609

10 20 30 tfO SO О

X ~ Xр М К м

20 30 fO Х~Хр, нкм

РИс. 1.4. Представленные в линейном (в) и логарифмическом (б) масштабах кривые пространственного распределения концентрации электронов Пр в поглош>.ющем слое полубесконечной толцданы (7) и в поглощающем слое толщиной \х1)-Хр \ = 25 мкм при 5 = О (2) и 5 - -оо (J).

В расчетах использованы следующие значения параметров: о = 3 мкм; L = = 10 мкм; О =25 см/с; Г= 10 см~с ; при возрастании А разница меВДУ максимальными значениями концентрации носителей, соответствующими S = О и S - -°°, увеличивается

Рис. 1.5. Кривые пространственного распределения плотностей токов и Jp в поглощающем слое полубесконечной толщины (/) и в поглощающем слое толщиной \х1,-Хр\ =25 мкм при скорости рекомбинации на поверхности х=хр S = 0(2)hS-)-oo (3)

Значения прочих параметров указаны в подписи к рис. 1.4; коэффициенты собирания носителей равны 76,9% (Хр -) оо), 76,4% (5 = 0) и 77,3% (S- -oo); при возрастании L разница между максимальными значениями коэффициента собирания носителей, соответствующими S= OnS-yoo, увеличивается

ника. Если различные механизмы инжекции нельзя рассматривать независимо друг от друга (например, в тех случаях, когда время жизни носителей зависит от Пр или значение / влияет на процессы генерации и рекомбинации носителей в обедненном слое), уравнения переноса становятся нелинейными, и их упрощенный анализ невозможен. Вопрос о применимости принципа суперпозиции к процессам, происходящим в солнечных злементах, обсуждается в работах Lindholm е. а., 1976; Тагг, Pulfrey, 1979; Rothwarf, 1978.

На границе обедненного слоя (х =Хр) при отсутствии напряжения смещения уравнение (1.18) принимает вид

/ (Хр)=7Г(Х)/(1+1/(а1 ))=4,

(1.19)

где Ji ~ плотность фототока, генерируемого монохроматическим излучением. Для плотности полного тока / = + Jp должно выполняться усло-

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.