Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Как следует из проведенного анализа, многопереходные кремниевые солнечные элементы обладают перед обычными элементами рядом преимуществ, благодаря которым их можно применять в условиях концентрированного излучения. К этим преимуществам относятся: 1) возможность достижения КПД более 20 % при использовании известной технологии изготовления; 2) высокий внутренний коэффициент собирания носителей (>95%) при не очень жестких требованиях к объемному времени жизни носителей; 3) более высокое напряжение холостого хода, чем у планарных элементов эквивалентной оптической толщины; 4) очень низкое последовательное сопротивление, обеспечивающее эффективную работу элементов при коэффициентах концентрации излучения, превышающих 103; 5) отсутствие контактной сетки на освещаемой поверхности; 6) высокая устойчивость к воздействию внешней среды благодаря защитным свойствам стеклянного покрытия на лицевой поверхности; 7) относительно простая технология изготовления.
8.3.2 Изменение спектрального состава излучения с помощью люминофоров
Путем изменения с помощью люминофоров спектрального состава поступающего солнечного излучения можно повысить спектральную чувствительность некоторых типов солнечных элементов и увеличить их КПД в условиях АМО на 0,5.. .2 % [17]. Рассмотрим эффект изменения спектрального состава излучения и его влияние на характеристики элементов.
Слой органолюминофора, люминесцирующего стекла или кристаллофосфора наносят на освещаемую поверхность солнечного элемента, как показано на рис. 8.4. Коротковолновое излучение, поглощенное люминофором, переизлучается в виде света с большей длиной волны. С помощью таких материалов можно повысить чувствительность к коротковолновому излучению элементов, которые имеют высокий коэффициент1 собирания носителей в длинноволновой части спектра и низкий — в области коротких длин воли (низкую чувствительность в синей области спектра).
Наиболее важными свойствами системы люминофор — солнечный элемент, на которые необходимо обратить внимание, являются поглощательные и излучательные характеристики люминофора, а также оптическая эффективность системы, ко-
Новые напр, в разработке солнечных элементов
37?
CBem
I
Люминофор f @ Потери.
и-'ЬБУЧЕни-'я
Отрйжаншдя поверхность
-ПросВегпБянзш.ее
покрытие
- Солнечный, элемент
Рис. 8.4, Схематическое изображение структуры люминофор — солнечный элемент.
0,8
0,6
0,4
0,2
А, мкм
торая определяется как отношение числа фотонов, проходящих в солнечный элемент, к числу фотонов, падающих на его верхнюю сторону.
Эффективное преобразование коротковолнового излучения в длинноволновое обеспечивают многие люминофоры/ Квантовый выход люминесценции (отношение числа излученных фотонов к числу поглощенных) ряда люминофоров приближается к 100 % при низших концентрациях активирующей примеси и составляет 70 ... 90 % при обычно создаваемых концентрациях активатора, обеспечивающих достаточно высокий коэффициент поглощения по отношению к падающему свету.
Спектры поглощения и излучения рубина с массовым содержанием Сг 0,7 % изображены на рис. 8.5. Здесь также приведены спектральные зависимости чувствительности кремниевых солнечных элементов промышленного изготовления при наличии и отсутствии покрытия из рубина (рубиновая пластина не снабжена просветляющим покрытием). Довольно широкая полоса поглощения (с двумя пиками) простирается в ультрафиолетовую область, в то время как полоса излучения имеет малую ширину и располагается в центре видимой области спектра приблизительно при энергии 1,75 эВ. Величина сток-
Рис. 8.5. Спектральные зависимости? интенсивности люминесценции Н (/) и коэффициента поглощения а (2) рубина (массовое содержание Сг 0,7 %)> а также коэффициента собирания носителей Q в кремниевом солнечном элементе с /г+— p-структурой при отсутствии (3) и наличии (4) покрытия из рубина [17].
380
Глава 8
сова сдвига (спектрального интервала между двумя ближайшими пиками поглощения и излучения) велика, поэтому полосы поглощения и излучения почти не перекрываются.
Люминофор соединен с солнечным элементом при помощи материала, имеющего необходимый показатель преломления; таким материалом может служить клей, применяемый для крепления защитных стекол элементов, или оптически прозрачная жидкость. Длинноволновое излучение проходит через слой люминофора не поглощаясь, в то же время коротковолновое излучение, будучи поглощенным, переизлучается в виде света с большей длиной волны. Оптическая эффективность системы зависит от потерь, связанных с отражением излучения от освещаемой поверхности люминофора, квантового выхода люминесценции, количества переизлученного света, выходящего наружу через внешнюю поверхность слоя люминофора, потерь излучения вследствие перекрывания спектров поглощения и излучения люминофора, и от потерь света, вызываемых его отражением от нижней поверхности слоя люминофора при несогласованных значениях показателя преломления люмино* фора и материала солнечного элемента, когда угол падения света превышает критический угол полного внутреннего отражения. Значения оптической эффективности по отношению к поглощаемой и непоглощаемой частям светового потока при использовании в качестве люминофора пластмассы и рубина представлены в табл. 8.2.
