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

вие непрерывности в любой части элемента, причем при х =XpVi нулевом напряжении смещения Jp = О, поскольку потенщюльный барьер в области перехода препятствует перемещению дырок в и-слой. С учетом этих условий

Jp (х) = J{xp) - J (х) =JL-Jn (х). (1.20)

Полученные результаты представлены в графической форме на рис. 1.4 и 1.5. Следует отметить, что при х = Хр ток обусловлен перемещением только электронов, тогда как при х -* хр ток переносится дырками. Основной составляющей этого дырочного тока является дрейфовый ток, создаваемый электрическим полем напряженностью & PpJp, где Рр - обьемное удельное сопротивление материала по отношению к дыркам. Это поле (напряжашостью около 0,1 В/см) обычно значительно слабее по сравнению с полем в области перехода (около 10* В/см) или диффузионным полем {kTJiqLn) 250 В/см). Таким образом, предположение о том, что в квазинейтральной области 5 г О, можно считать вполне допустимым.

1.4.3. Поглощающий слой конечной толщины

при наличии рекомбинащ1И носителей на тыльной поверхности

Реальный поглощающий слой имеет конечную толщину, причем скорость поверхностной рекомбинации S вблизи тыльного контакта элемента отлична от нуля. Поскольку протекание электронного тока по направлению к контакту вызвано в основном диффузией носителей, граничное условие при х = хр можно представить в виде

Jn = (йр - npo)qS = -qDndripldx. (1.21)

Решетие уравнения переноса (1.16) с учетом этих двух изменений, внесенных в модель поглощающего слоя, дает следующее выражение для плотности фототока, генерируемого монохроматическим излучением при нулевом напряжшии смещения:

(Si (аРп))\ch{ylLn)-sxp(-ay)\ +{lKaLn ))$h(y/L ) + exp(-ay) iSL /D )sh(y/L ) + cHy/L )

(1.22)

Здесь у = \xp - Xp\. Результаты расчета концентрации носителей заряда и плотностей токов для предельных значений представлены на рис. 1.4 и 1.5.

1.4.4. Генеращ1я фототока в структуре с р - -переходом

В реальных солнечных элементах необходимо учитывать вклад в фото-ток носителей, генерируемых в обедненном слое и л-области (как правило, довольно тонкой). Что касается обедненного слоя, то основная доля носителей выводится из него прежде, чем произойдет рекомбина-

Диэлектрик

Мета/г 17

Рис. 1.6. Схемы энергетических зон в солнечных элементах различного типа:

а - гетеропереход (тылыю-барьерная конструкция); б - гетеропереход (фрон-талыю-барьерная конструкция); в - скрытый гомогенный переход (гетерострукту-ра); г - гомогенный переход; д ~ структура металл-диэлектрик-полупроводник; в структурах а, б л в вклад в носителей заряда из слоя широкозонного материала пренебрежимо мал

ция, поэтому их эффективная диффуэионная длина в этом слое очень велика. Плотность фототока иэ обедненного слоя Jdi приближенно равна произведению заряда электрона на число фотонов, поглощенных в единицу времени:

/*ЧГо[1-ехр(-аХр-х )] ехр{-а\х -Хп\), (1.23)

где Го - плотность падающего потока фотонов вблизи наружной поверхности и-слоя. Заметим, что величина Jai представляет собой медленно изменяющуюся функцию напряжения смещения (поскольку ширина обедненного слоя \хр - х меняется при вариациях напряжения). Это обстоятельство обусловливает отклонение характеристик элемента от идеальных. {х

Полагают, что носители заряда, генерируемые в обедненном слое, полностью собираются. Если справедлив принцип суперпозиции, то полный фототок можно представить в виде суммы токов иэ трех областей элемента, каждый из которых определяется с учетом потока излучения, достигающего соответствующего слоя. В таком элементе

L --р-слой + -слой +Jdl-

(1.24)

Первое слагаемое в правой части уравнения (1.24) находится с помощью выражения (1.22), где величина Г(Л) равна плотности потока фотонов на освещаемой поверхности р-слоя.

Схематическое строение энергетических зон в солнечных злементах различного типа показано на рис. 1.6. Плотность полного фототока для каждого из элементов можно рассчитать с помощью уравнений, аналогичных (1.22)-(1.24).

В большинстве случаев (в первую очередь в солнечных элементах на основе полупроводников с непрямыми оптическими переходами, обла-20

дающих низким коэффициентом поглощения) основная доля фотоактивного излучения достигает поглощающего слоя, вследствие чего вклад в фототок носителей из обедненного слоя и области, через которую свет проникает в элемент (в наших предыдущих примерах эта область имеет проводимость и-типа), незначителен. Это означает, что приближения, использованные при выводе уравнения (1.23), вполне оправданны.

Если напряженность электрического поля, а также время жизни и подвижность носителей в поглощающем слое не являются постоянными, то решение уравнения переноса существенно усложняется, поскольку требуется применение численных методов. Подобная задача бьша решена для солнечных элементов на основе GaAs [Tsaur е. а., 1972] и Si [Possum, 1976].

1.5. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПТОСЫ

1.5.1. Влияние электрического поля

Внутреннее электрическое поле, создаваемое в солнечных элементах, позволяет уменьшить потери носителей заряда, связанные с поверхностной и объемной рекомбинациями. Под действием поля существенно возрастает диффузионная длина носителей в объеме полупроводника. Общее решение уравнения переноса (1.14) при наличии постоянного электрического поля напряженностью S записывается в виде

Пр-Про=А ехр(д:/1+ ) + В exp(-x/LJ + [G(x)],

где Л н В - постоянные, определяемые граничными условиями, а [G (х)] - функционал, зависящий от вида функции генерации и граничных условий. и Z , которые представляют собой диффузионную длину соответственно вдоль поля и против поля , имеют вид

1/1±= (l/2I ){[(5/g,) +4]/2± (ё/ё,)}, (1.25)

где L - диффузионная длина носителей при отсутствии поля. S с ~ = kTJiqLn) носит название напряженности критического поля [Smith, 1968]. L Ti L - приближенно можно представить в виде соотношений

1 .1 [(ё/ёс)+1]-; Л(<5/вс)+1], (1.26)

которые справедливы для положительного значения g , в противном случае символы я L следует поменять местами. Представленное на рис. 1.7 распределение концентрации электронов, инжектируемых в точке

Против ПОЛЯ

Рис. 1.7. Распределение концентрахщи электронов п (х) по длине однородного полупроводникового стержня при их инжекции в точке л: = 0( ё> ё)

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.