644.00K
Categories: physicsphysics electronicselectronics

Лекция 4. Потери в фотоэлектрических преобразователях

1.

Лекция 4. Потери в фотоэлектрических
преобразователях

2.

Оптические и рекомбинационные потери
Основные необратимые потери энергии в ФЭП связаны с:
- отражением солнечного излучения от поверхности
преобразователя,
- затенение контактной сеткой;
- прохождением части излучения через ФЭП без поглощения в
нём,
- рассеянием на тепловых колебаниях решётки избыточной
энергии фотонов,
- рекомбинацией образовавшихся фотопар на поверхностях и в
объёме ФЭП,
- внутренним сопротивлением преобразователя,
- и некоторыми другими физическими процессами.

3.

Меры по уменьшению всех видов потерь энергии в ФЭП :
1.Просветляющие покрытия в виде тонких пленок. R уменьшается от >35 % для
непросветленной поверхности до lO % (однослойные покрытия);
2. Создание текстурированной фронтальной поверхности;
3.Использование полупроводников с оптимальной для солнечного излучения шириной
запрещённой зоны;
4.Направленное улучшение свойств полупроводниковой структуры путём её оптимального
легирования и создания встроенных электрических полей;
5.Переход от гомогенных к гетерогенным и варизонным полупроводниковым структурам;
6.Оптимизация конструктивных параметров ФЭП (глубины залегания p-n-перехода, толщины
базового слоя, частоты контактной сетки и др.);
7.Применение многофункциональных оптических покрытий, обеспечивающих просветление,
терморегулирование и защиту ФЭП от космической радиации;
8.Разработка ФЭП, прозрачных в длинноволновой области солнечного спектра за краем
основной полосы поглощения;
9.Создание каскадных ФЭП из специально подобранных по ширине запрещённой зоны
полупроводников, позволяющих преобразовывать в каждом каскаде излучение, прошедшее через
предыдущий каскад, и пр.
10.Создание преобразователей с двухсторонней чувствительностью (до +80 % к уже
имеющемуся КПД одной стороны);
11.Применения люминесцентно переизлучающих структур;
12.Предварительное разложение солнечного спектра на две или более спектральные
области с помощью многослойных плёночных светоделителей (дихроичных зеркал)
с
последующим преобразованием каждого участка спектра отдельным ФЭП

4.

Поглощение электромагнитного излучения
Закон Бугера-Ламберта-Бера:
Интенсивность излучения
на расстоянии х
a-1=la – длина абсорбции
Интенсивность
входящего пучка
«Прямые» и «непрямые» полупроводники
отличаются не только вероятностью поглощения
излучения с hv ≥ Eg.
Малое время жизни
Светодиоды и лазеры на GaAs и AlхGa1-хAs
Спектральная зависимость показателя поглощения
для кремния (1) и арсенида галлия (2), Т=300 К

5.

Модель СЭ с последовательным сопротивлением
Прямоугольная
полупроводниковая
пластина с планарным рnпереходом
Полосковый контакт
длиной l2,
толщина n-области – w
Факторы, влияющие на последовательное сопротивление:
- Слоевое сопротивление
- Сопротивление контактов
Rl
L
где L , L|| - размеры СЭ
wL||

6.

Обычно w<< L|| ,
L << L||
Пренебрежем контактными сопротивлениями,
продольным сопротивлением металлической
полоски и сопротивлением базы (p-области),
Схема замещения освещенного СЭ
с последовательным сопротивлением Rl
Напряжение холостого хода освещенного СЭ
с омическими потерями (I=0)
q
nkT

7.

Определение последовательного сопротивления
по экспериментальной ВАХ
F(U, I) I I ph I 0 exp (U IRl ) 1 0
dI
dU
I 0
F
F
U
I
I 0
I 0 exp( U )
1 I 0 Rl exp( U )
I 0 ~10-8A,
Rl ~0.02 Ом,
~30 В
I 0 Rl exp( U ) ~4 10
dI
dU
Темновая ВАХ и ВАХ при освещении для СЭ
с последовательным сопротивлением
I 0
-1
6
1
Rl
и U~1 B имеем

8.

Модель СЭ с распределенными
омическими потерями

9.

Пренебрежем
- контактными сопротивлениями,
-продольным сопротивлением металлической полоски и
--сопротивлением базы (p-области).
Cопротивление фронтального слоя считаем распределенным
Многозвенная схема замещения СЭ
с последовательными сопротивлениями потерь

10.

Система уравнений Кирхгофа:
u2 u1 ri1 ,
u3 u2 r (i1 i2 ),
u4 u3 r (i1 i2 i3 ),
.....................................
u N u N 1 r (i1 i2 ... iN 1 ),
U u N rI ,
N
I ik
k 1
Токи через частичные pn-переходы:
i ph I ph / N
i0 I 0 / N
ik i ph i0 exp uk 1
k = 1,..N

11.

I ph
I0
Rl
=1.6 A,
= 10-7 A,
=30.6 В-1,
=0.03 Ом

12.

Зависимость положения точки максимальной мощности
от числа участков N при
Iph=1.6 A, I0= 10-7 A, =30.6 В-1: черная Rl=0.03 Ом; красная Rl =0.06 Ом

13.

Модель СЭ с последовательным и параллельным сопротивлениями
ВАХ:
Дифференциальная проводимость:
Режим короткого замыкания

14.

Режим холостого хода
I 0 ~10-8A,
Rl ~0.02 Ом,
~30 В
I 0 Rl exp( U ) ~4 10
-1
и U~1 B имеем
6
Способ определения последовательного
сопротивления по экспериментальной ВАХ
Темновая ВАХ и ВАХ при освещении для СЭ
с последовательным сопротивлением

15.

Режим короткого замыкания
Способ определения параллельного
сопротивления по экспериментальной ВАХ

16.

Увеличение Rs
Эффективность ФЯ
Уменьшение Rp
Зависимость эффективности ФЯ от
ширины ЗЗ для видимого солнечного
спектра
English     Русский Rules