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

10 10- Jg,A/W

Рис. 3.5. Зависимость КПД идеального диода от/о при различных диодных коэффициентах ; J 1 = 1Ь мА/см, = 100 мВт/см и Rj = О

Рис. 3.6. Влияние на КПД TJj идеального солнечного элемента с i?j = О параметров /{, /о и А. Температура равна 300 К, плотность падающего потока солнечного излучения при однократной облученности (С= 1) составляет Р- 100 мВт/см

переменных, максимум кривых расположен вблизи энергий 1,4-1,5 эВ (рис. 3.7). При повышенных температурах максимумы смещаются в область больших значений ширины запрещенной зоны. Наличие максимума является следствием установления баланса между количеством полезно поглощенных фотонов солнечного излучения (увеличивающимся по мере уменьшения Eg*) и термически активированным прямым диодным током (который уменьшается при возрастании Eg, вызывая повышение Кос).

Теоретические расчеты КПД кремниевых солнечных элементов бьши выполнены [Wolf, 1971] при различных предположениях относительно свойств материалов и приборов. Например, в условиях АМО \ = 22% и = 0,788 В (при т = 10 мкс и Л = 2,4.10-* А/см). Кроме того, исследовано [Graff, Fischer, 1979] влияние изменения времени жизни неосновных носителей заряда на Цп, ff, Voc и Щ элементов на основе Si.

Теоретическое определение КПД солнечных элементов с гетеропереходом затруднено из-за недостатка информации о механизмах переноса носителей заряда. Во многих типах гетеропереходов преобладает рекомбинационно-генерационный процесс в обедненном слое, однако при этом условия переноса носителей заряда могут настолько измениться под воздействием рекомбинации на границе раздела, краев энергетических зон и туннелирования, что становится невозможно предсказать значения /о и Л.

Если же для упрощения предположить, что перенос носителей заряда обусловлен в основном их инжекцией и диффузией в квазинейтральной области поглощающего слоя (Л = 1), то расчет показанных на рис. 3.8 теоретических зависимостей КПД преобразования солнечной энергии

Что приводит к росту тока, генерируемого элементом. - Прим. ред.

£д1 = 1,3зв

(GaAsK

0,2 0,6 1,0 7,4 1,Ь 2,2 Eg, эВ

0,5 1,0 1,5 1,0 2,5 J,0 Eg2,3S

Рис. 3.7. Зависимости теоретического КПД т} в условиях АМО идеального солнечного элемента с гомопереходом (/1 = 1) от ширины запрещенной зоны полупроводника и температуры при отсутствии рекомбинационных потерь носителей заряда иа поверхности (концентрация носителей заряда в базовом слое =10 см ) [Wysocki, Rappaport, I960]

элемента -

Рис. 3.8. Результаты оценочных расчетов предельного теоретического КПД т} идеальных солнечных элементов с гетеропереходом (А = \) ъ зависимости от ширины запрещенной зоны Eg2 оптического окна при различной ширине запрещенной зоны Egi поглощающего слоя. Приняты следующие предположения: TJg = 1, полезная площадь прибора равна его полной площади, солнечный спектр отвечает условиям AM 1,5 (см, рис, 3.3), = 10 см~ поглошаюшие слон иа основе всех рассмотренных материалов обладают проводимостью р-типа. Эффектом разрыва зоны проводимости можно пренебречь

упрощается. При этом полагают, чю свет, поглощенный в слое окна, не дает вклада в фототок, а эначения т и достаточно велики.

Аналиэ показывает, что и в данном случае наиболее благоприятная ширина запрещенной зоны поглощающего слоя составляет 1,4 эВ, поскольку в рассмотренном примере поглощение света и основной вклад в протекающий через переход диодный ток определяются именно этим слоем. Впоследствии бьш вьшолнен более тщательный анализ КПД солнечных элементов с гетеропереходом [Sreedhar е, а 1969; Sahai, Milnes, 1970].

Поскольку предсказываемые значения КПД существенно зависят от свойств материалов и приборов, интересно определить предельный теоретический КПД исходя из наиболее общих принципов. Подобное исследование было проведено [Shockley, Queisser, 1961*] на основе принципа детального равновесия при рассмотрении потоков шпучаяя. в системе, состоящей ю Солнца, которое считается абсолютно черным телом, и

* в данной работе указан также ряд проблем, с которыми столкнулись специалисты в области фотоэлектричества (таких, как расхождение между наблюдаемыми и предсказываемыми значениями 4, /q и Кос) которые до сих пор не решены.

солнечного элемента, и в предположении, что каждый фотон (проникающий в элемент) с энергией hv> Eg создает единичный заряд q при напряжении V = Eglq. Полагая также, что коэффициент концентрации солнечного света равен единице и в полупроводнике происходит только излуча-тельная рекомбинация носителей заряда в результате межзонных переходов, aBToj&i определили КПД (30%), удовлетворяющий принципу детального равновесия и соответствующий оптимальной ширине запрещенной зоны 1,1 эВ. (Это значение энергии чрезвычайно близко к ширине запрещенной зоны Si - одного из наиболее распространенньгх химических элементов.)

Вопрос о предельном КПД обсуждался также и другими авторами [Mathers, 1977; Landsberg, 1977; De Vos, 19801. На основе перечисленных предположений [Shockley, Queisser, 1961] бьшо показано [De Vos, 1980], что для единичного солнечного элемента при теоретически максимальном коэффициенте концентрации солнечного излучения С = 4,6-10 предельный КПД, удовлетворяющий принципу детального равновесия, 17 = 40%. При неограниченном количестве элементов в каскадной структуре предельный КПД щ =68%при С= 1 И1?у =87%при С = 4,6-10.

С учетом условий, необходимых для получения КПД цикла Карно, бьшо найдено [Rose, 1960] предельное напряжение холостого хода Voc -= (Eg/q)(l - Tc/Tj), где Тс - температура солнечного элемента, Tf -температура черного тела, излучение которого падает на элемент. Согласно этому соотношению для кремниевого солнечного элемента Voc = 1,07 В.

Подразумевалось, что система элемент-радиатор обратима, потери фотонов в ней отсутствуют (при максимальной концентрации излучения) и в элементе поглощается почти монохроматическое излучение с энергией Е < hv < Eg + кТс. Полученные результаты [Shockley, Queisser, 1961] показьшают, что предельное значение Voc ~ 0,83 В (авторы использовали для Si iT = 1,09 зВ; если же считать, что £g = 1,1 зВ, то Voc = 0,85 В).

3.2. ВЛИЯНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО И ШУНТИРУЮЩЕГО СОПРОТИВЛЕНИЙ

В любом реальном солнечном элементе существуют потери мощности, поскольку Rs > О и Rp <°°. Мы рассмотрим влияние Rs и Rp на характеристики элементов и способы его оценки. Во многих приборах достаточно ввести Rs и Rp ъ эквивалентную схему (рис. 3.9) в виде сосредоточенных сопротивлений таким образом, чтобы шунтирующие источник тока диод и Лр, а также включенное последовательно с ними сопротивление Rs обеспечивали на выходе напряжение V и ток /. Для получения более точной картины, особенно в случае применения в приборах тонких пленок, оказывающих сопротивление протеканию тока, следует исполь-

Рис. 3.9. Упрощенная эквивалентная электрическая схема солнечного элемента с нагрузочным сопротивлением

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.