Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
236
света составляла 100 мВт/см2 (условия АМ-1). К.п.д. солнечного элемента при увеличении его размера от 0,04 до 7 см2 уменьшался от 7,9 до 5 %. Это явление было названо "размерным эффектом элемента".
Размерный эффект элемента зависит как от свойств, присущих солнечному элементу на основе a-Si, так и от особенностей его структуры. Изменение совершенства отдельных областей солнечного элемента на основе a-Si и шунтирующие токи, из-за неоднородности пленки аморфного кремния являются важными для характеристики свойств солнечных элементов, но наиболее важным фактором структуры, обусловливающим потерю мощности, является сопротивление лицевого контакта [39].
2 I . . i_i-1-1-1-1-'-1-1
0 5 Ю 'см
Рис 5 2 2 Зависимость к.п.д. солнечного элемента от длины /, соответствующей длине протекания тока по пленке ОИО. На подложке стекло/ОЯО размером 10 X X 10 см2 сформирован солнечный элемент на основе a-Si размером 1 X 1 см 1 5Ч\. ОИО - оксиды индия-олова
Влияние лицевого контакта на показатели выхода солнечных элементов на основе a-Si исследовалось следующим образом. На пленке ОИО размером 10X10 см2, осажденной на стеклянной подложке, был изготовлен a-Si-солнечный элемент сp-z-и-переходом площадью 1 см2. Длина / прохождения тока через пленку ОИО затем изменялась путем изменения положения положительного контакта на пленке. Как видно из данных рис. 5.2.2, показатели выхода уменьшаются при увеличении /. Этот факт указывает на то, что совершенство элемента в значительной степени определяется электрическим сопротивлением лицевого контакта (ОИО), обусловливающим потерю мощности.
237
5.2.4. Анализ потери мощности; обусловленной лицевым контактом
На основании данных, приведенных на рис. 5.2.2 предполагается, что потеря мощности, обусловленная лицевым контактом, является важным ' фактором размерного эффекта. Потеря мощности Р, на электрическом сопротивлении лицевого контакта рассчитывалась в рамках модели распределенной постоянной в предположении, что а-БЬсолнечный элемент большой площади состоит иэ множества солнечных элементов малой
¦ i(x+dx)
О 1 77a-'
Рис. 5.2.3. Схема четырехполюсника для единичного солнечного элемента [ 39]
площади. Единичный четырехполюсник этой модели представлен на рис. 5.2.3 (здесьЯ5 — поверхностное сопротивление ^лицевого контакта, /0р> и) — фотовольтаическая характеристика единичного солнечного элемента).
Выходные показатели могут быть рассчитаны путем использования дифференциальных уравнений, выведенных из единичного четырехполюсника, представленного на рис. 5.2.3. Совместные дифференциальные уравнения для напряжения [и (х) ] и тока [/' (х) ] представляются в следующем виде:
^(х)/б?х=-Д5/(х), (5.2.1)
<И(х)/Ас=|р(х). (5.2.2)
Потеря мощности (/>? ) рассчитывается путем интегрирования:
Pl
= Us{i(x)Ydx. (5.2J)
Связь между током [1р(х)\ и напряжением И*)] в солнечном элементе дается выражением
я[у(х) +ip{x)Rb пкт
"(*) +ip(x)Rb
ip (х) = iph- г0{ехр-p b - il_
(5.2.4)
где 1рп - фототок; /0 - обратный ток насыщения; Я:ь - последовательное сопротивление; Л,А - шунтирующее сопротивление; п - показатель
238
качества диода. Величина iph зависит от выходного напряжения солнечного элемента и должна выражаться через него. Уравнение (5.2.4) является трансцендентным, аналитически решить его нельзя и поэтому оно решается численно методом Ньютона следующим образом. Запишем цункцию f[ip (х) ] в виде:
f[ip(x)} = iph гг0^ехр-—--lj-
v(X) +ip(x)Rb
---P -ip(x). (5.2.5)
Rsh
В качестве приближения решения уравнения (5.2.4) выводится следующее соотношение:
Up (x)]m+l= [ip (х) m - f{[ip ix)) myf{[ip (x)} w}, (5.2.6)
где [ip (x) ] m — приближение m решения уравнения (5.2.4); [ip (x) ] m + i — приближение (w + 1), более близкое к точному решению, чем приближение т. Достаточно точнее решение уравнения (5.2.4) достигается повторением расчетов разумное число раз. Затем, используя решение уравнения
Рис. 5.2.4. Потери мощности на единицу площади (Р^), обусловленные сопротивлением лицевого контакта, в зависимости от площади элемента (х)
10 S,CM2
(5.2.4) численно решаются уравнения (5.2.1) и (5.2.2). Величина потери мощности для a-Si солнечного элемента размером 1X1 см, рассчитанная из уравнения (5.2.3), представлена на рис. 5.2.4. Эти результаты показывают, что на величину к.п.д. существенное влияние оказывает размер элемента; потери мощности PL с увеличением размера элемента возрастают.
5.2.5. Модули солнечных элементов интегрального типа на основе аморфного кремния
Как отмечено выше, наиболее важной причиной размерного эффекта элемента является потеря мощности, обусловленная электрическим сопротивлением лицевого контакта. Проблема лицевого контакта должна решаться в случае использования солнечных элементов на основе a-Si со структурой стекло/ОЯО (или Sn02)/p -/-и/металл в качестве источников силового питания, поскольку в этом случае требуются солнечные
239
элементы большой площади. Для решения этого вопроса разработаны модули a-Si солнечных элементов интегрального типа [39], представленные на рис. 5.2.5. Приведенные на рисунке структуры названы модулями /, // и /// типов соответственно.
