Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
Книга удачно написана и с методической точки зрения, все ее части хорошо уравновешены, и каждый вывод авторов логично вытекает из предшествующего изложения.
В списке дополнительной литературы приведены работы советских и зарубежных авторов, посвященные вопросам, недостаточно освещенным в настоящей книге, и, в частности, по методике расчета влияния тянущих полей на свойства солнечных элементов или по конструкциям элементов для высоких концентраций светового потока. При переводе были опущены главы, в которых описаны хорошо известные советскому читателю проблемы измерения солнечного излучения, оценки общих перспектив солнечной фотоэнергетики и разработки тонкопленочных фотоэлектрических преобразователей.
Перевод книги выполнен специалистами в области физики солнечных элементов и исследования их оптических, электрофизических и фотоэлектрических параметров, авторами многих научных работ в этой области кандидатом технических наук Ириной Петровной Гавриловой (гл. 1 -3) и кандидатом физико-математических наук Анатолием Семеновичем Даревским (гл. 4—6).
М. М. Колтун
ПРЕДИСЛОВИЕ
В 1960—1970 гг. произошли существенные изменения в представлении людей о Земле. Стало ясно, что запасы ископаемого топлива, к которому мы все привыкли относиться как к чему-то само собой разумеющемуся, не беспредельны. Это приводит к необходимости изыскивать новые, и предпочтительно возобновляемые, источники энергии. По всей вероятности, наиболее полезным окажется сочетание нескольких видов энергии, в том числе энергии, получаемой при сгорании каменного угля, солнечной тепловой и фотоэлектрической энергии, энергии ветра, атомного ядра, океана, энергии, извлекаемой из биомассы, и некоторых других источников. Авторы надеются на то, что книга будет способствовать расширению масштаба использования солнечной энергии от относительно ограниченных и специальных областей применения до такого уровня, когда фотоэлектрическая энергетика сможет играть важную роль в удовлетворении энергетических потребностей населения.
Книга предназначена для специалистов, достаточно глубоко знакомых с физикой твердого тела, а также для научных работников и инженеров, занимающихся исследованием и разработкой солнечных элементов. В ее основу положен курс лекций, которые один из авторов (А. Фарен-брух) читает в Станфордском университете начиная с 1977 г. Уровень развития фотоэлектрического метода преобразования энергии изменяется быстрыми темпами, и постоянно возрастающий интерес научных, технических и деловых кругов привел к появлению большого количества литературы, знакомящей читателей с современными достижениями в этой области. Мы не могли рассчитывать на то, что наша книга вольется в этот поток литературы, и ставили перед собой другую цель. Данная книга освещает фундаментальные вопросы физики солнечных элементов и не связана с обсуждением особенностей отдельных приборов. Приборы специального назначения рассмотрены в основном в качестве примеров для иллюстрации наиболее существенных физических явлений и возможностей усовершенствования конструкций. Солнечный элемент представляется на первый взгляд довольно простым устройством, однако для получения высокоэффективных и экономичных приборов необходимо применение достижений многих областей науки и техники. Солнечные элементы с КПД около 5% относительно просто изготовить из многих полупроводниковых материалов. Сообщалось даже о том, что обнаружен фотовольтаический эффект у элементов, изготовленных из органических веществ естественного происхождения1. Однако
1 New York Times, 1979, July. № 31.
5
повышение КПД преобразования солнечной энергии до 10-20% возможно лишь при глубоком понимании процессов, происходящих в элементах.
По способу представления материала начало книги напоминает детскую игру, когда ребенок впервые знакомится с часами или другими таинственными устройствами: происходящие в элементах физические процессы его не интересуют. Далее при обсуждении основных вопросов, связанных с принципом действия элементов, используется по возможности наиболее наглядный подход. Приведенное в гл. 1 уравнение переноса устанавливает взаимосвязь между процессами рекомбинации и переноса фотогенериро-ванных носителей заряда и позволяет рассчитать полный фототок и спектральную чувствительность элементов. Разделение носителей заряда и характеристики потенциального барьера в области перехода подробно исследуются в гл. 2. В гл. 3 мы возвращаемся к изучению свойств солнечных элементов, вычисляем КПД преобразования солнечной энергии, определяем потери мощности на последовательном и шунтирующем сопротивлениях, а также устанавливаем взаимосвязь между этими потерями и свойствами полупроводниковых материалов.
В гл. 4, 5 и 6 рассматриваются в качестве примеров некоторые типы солнечных элементов и отмечаются особенности процесса их изготовления и возможности усовершенствования. Речь идет о монокристалл иче-ских кремниевых солнечных элементах с гомогенным переходом, моно-кристаллических элементах с гетеропереходом и скрытым гомопереходом на основе AlGaAs — GaAs и тонкопленочных поликристаллических элементах со структурой CuxS —CdS. В гл. 6 перечислены вопросы, с которыми приходится сталкиваться при разработке солнечных элементов на основе тонкопленочных поликристаллических материалов с учетом особенностей процессов переноса и рекомбинации носителей заряда при наличии потенциальных барьеров в области границ зерен.
