Звоните! 
 (926)274-88-54 
 Бесплатная доставка. 
 Бесплатная сборка. 
Ассортимент тканей

График работы:
Ежедневно. С 8-00 до 20-00.
Почта: soft_hous@mail.ru
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

солнечные элементы

Поглощение фотонов в активном, поглощающем слое солнечных элементов сопровождается образованием электронно-дырочных пар и появлением избыточных носителей заряда. Процессы диффузии, а также объемной и поверхностной рекомбинации носителей способствуют возвращению системы зона проводимости - валентная зона в равновесное состояние, характерное для условий отсутствия освещения и сохранения злектронейтральности. В эффективнъгх солнечных элементах основная доля этих избыточных носителей заряда должна диффундировать к области перехода, где происходит их разделение электрическим полем. Уравнение переноса устанавливает взаимосвязь между процессами генерации, рекомбинации, диффузии и дрейфа (под действием электрического поля) фотогенерированных носителей. Его решение позволяет получить математическое выражение для полного фототока в солнечном элементе.

Однако это решение часто имеет очень сложную форму, не позволяющую проанализировать происходящие физические процессы. Кроме того, в ряде случаев оно может быть получено только с помощью численных методов, поэтому в первую очередь будет рассмотрено несколько простых решений, важных для понимания сущности этих физических процессов. Такие решения характерны для систем с простыми граничными условиями, для которых справедлив принцип суперпозиции. С их помощью можно рассчитать коэффициент собирания носителей заряда и спектральную характеристику чувствительности солнечного элемента. Такого рода теоретические исследования выполнены рядом авторов [Wolf, Prince, 1958; Wolf, 1960; Smith, 1968; Landsberg, 1975].

В дальнейшем будет более подробно рассмотрен процесс переноса носителей заряда при наличии электрического поля, в условиях высокого уровня инжекции и при нарушении принципа суперпозиции, а также будут обсуждаться граничные условия. Последний параграф этой главы,

Принцип суперпозиции выполняется в том случае, когда система описывается диффершциалы1ыми уравнениями и граничными условиями, линейными по отношению к концентрациям носителей и их производным. Благодаря этому в соответствующих уравнениях можно непосредственно суммировать концентрации носителей (и их производные), например dmldx + driildx = d(ni + niVdx. Следствием линейного характера уравнений является возможность суммирования, или наложения, концентраций носителей при наличии и отсутствии освещения, а также световых и темповых токов.



Таблица 1.1. Типичные параметры полупроводников, применяемых в солнечных элементах

Параметры Si GaAs

Концентрация основных носителе! заряда (дьфок) 10 -10* 10 -10* Рро, см-

Концентрация неосновных носителе! заряда (электронов), см~:

при тепловом равновесии в темноте Пр q

при освещении в условиях AM 1,5* Пр

Подвижность дырок Ц*р, см В с * Подвижность электронов /HJ *, см В с Время жизни неосновных носителей заряда (электронов) Т , с

Диффузионная длина неосновных носителЫк заряда (электронов) L , мкм Коэффициент поглощения света а при жергии фотонов 1,9 эВ, см

10

1200

4000

~10

~300

4.10

8-10

* Спектральный состав солнечного излучения н облученность поверхности Земли меняются в зависимости от длины оптического пути световых лучей в атмосфере. Длина этого пути характеризуется оптической атмосферной массой т, которая связана с углом в между направлением на Солнце и прямой, проходящЫк через зенит, зависимостью т = 1/cos в. Если Солнце находится в зените, то ш = 1 (условия AMI), при его удаления от зенита оптическая атмосферная масса возрастает. В Советском Союзе и странах СЭВ в качестве стандартных условий при измерении параметров солнечных элементов приняты AMI, АМ1,5 и АМО (спектр солнечного излучения за пределами атмосферы при нулевой атмосферной массе). - Прим. пер. ** Максимальные нз измеренных значений холловской подвижности.

посвященный измерениям времени жизни и диффузионной длины неосновных носителей заряда, позволит не только познакомиться с методами измерений, но и проиллюстрирует возможности практического применения уравнения переноса для описания реальных систем.

Полученные математические соотношения справедливы для материалов р-типа проводимости, которые, как правило, используются для создания основного поглощающего слоя солнечного злемента, так как диффузионная длина неосновных носителей заряда - электронов обычно больше диффузионной длины дырок*. Типичные значения параметров р-слоя, которые будут использованы при анализе уравнения переноса, представлены в табл. 1.1.

Поскольку в данной главе рассматриваются лишь квазинейтральная область и обедненный слой, расположенные по одну сторону перехода, основная часть полученных результатов справедлива в равной мере как для солнечных элементов с гомогенным или гетерогенным переходом, так и для элементов с барьером Шоттки.

Указанная причина выбора р-слоя в качестве базового - не единственная. Кремний р-типа значительно более радиационно стойкий материал, что важно для работы солнечных элементов на борту космических аппаратов. - Прим. ред.



1.2. ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ УРАВНЕНИЯ ПЕРЕНОСА

Рассмотрим изолированный тонкий поглощающий слой полупроводника, изображенный на рис. 1.1, при однородном освещении монохроматическим излучением. Скорость генерации носителей заряда в единице объема G(x,\) =а(Х)Г(х), где Г(дг) - плотность потока фотонов. Данное соотнощение выполняется в том случае, когда процесс генерации происходит в основном при участии одного фотона и квантовый выход этого процесса равен единице (оба условия справедливы при указанных значениях параметров полупроводников). Параметр G (х, X) зависит от коэффициента поглощения света а(Х) и, следовательно, является функцией энергии фотонов; при учете всего излучения, содержащегося в солнечном спектре в условиях AM 1,5, он достигает примерно 10* - 10 см-=-с-.

Процесс рекомбинации избыточных носителей заряда описывается в рамках теории Шокли-Рида. Скорость объемной рекомбинации можно выразить приближенно через эффективное время жизни т неосновных носителей заряда, которое не зависит от их концентрации и координаты рассматриваемой точки объема полупроводника. При Пр < Рр скорость рекомбинации

(Пр-Про)1т .

(1.1)

Здесь Ир о - концентрация неосновных носителей в условиях теплового равновесия. Скорость изменения величины Ир со временем определяется соотнощением

dnpIdt = G{x)-U{x)=a(k)T- (пр - Про) 1т ,

(1-2)

и в стационарном состоянии при отсутствии потерь носителей заряда на границах поглощающего слоя концентрация избыточных носителей равна Пр-Про - а(Х)Гт . Физический смысл величины т и методы ее измерения будут рассмотрены в конце главы. Фотогенерированные носители, энергия которых превьплает ширину запрещенной зоны Eg полупроводника, взаимодействуя с кристаллической решеткой, очень быстро возвращаются в состояние теплового равновесия, при этом большая доля носителей приобретает энергию, не превышающую нескольких значений кТ по отношению к краям разрешенных зон. Время релаксации Ту \un*lq 10* с, характеризующее процесс рассеяния носителей внутри энергетических зон, значительно меньше времени жизни неосновных носителей т , поэтому их равновесие внутри зон устанавливается намного быстрее, чем тепловое равновесие между зонами. Наличие

теплового равновесия внутри энергетических зон является одним из основных требований, обеспечивающих применимость уравнения переноса.

Рис. 1.1. Генерация и рекомбинация носителей заряда в слое полупроводника

&



[ 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
.