Файл: Конспект.pdf

ТОЧКА МАКСИМАЛЬНОЇ ПОТУЖНОСТІ

ЕКВІВАЛЕНТНА СХЕМА СЕ

СЕ можна представити як генератор включений паралельно з діодом та послідовним та шунтуючим опорами

СОНЯЧНИЙ СПЕКТР В КОСМОСІ ТА НА ЗЕМЛІ

Спектр сонячного випромінювання. Показана різниця між випромінюванням за межами атмосфери Землі і на рівні моря

У середніх широтах потік сонячної енергії на поверхні Землі варіюється протягом дня від сходу (заходу) до полудня від 32.88 Вт/м2 до 1233 Вт/м2 в ясний день і від 19.2 мкВт/м2 до 822 Вт/м2 в похмурий день

ПОГЛИНАННЯ ФОТОНІВ У Si

Eg(Si) = 1,1 еВ в результаті будуть поглинатися фотони з довжиною хвилі <1.1 мкм

Існує оптимальна для перетворення сонячної енергії ширина ЗЗ матеріалу

ОБМЕЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ СЕ

1) Коефіцієнт заповнення ВАХ (fill factor - FF).

Визначається характеристиками діоду і його послідовним опором.

2) Струм короткого замикання (Isc).

Зростає при зменшенні ширини забороненої зони матеріалу. Для заданої ширини забороненої зони, визначається відбиттям, абсорбцією світла, рекомбінацією носіїв заряду.

3) Напруга холостого ходу (Voc).

Зростає при зростанні ширини забороненої зони.

Для заданої ширини забороненої зони матеріалу, визначається рекомбінацією носіїв заряду.

ОПТИМУМ ШОКЛІ-КВАЙСЕРА

1)Мала ширина забороненої зони дає можливість отримувати високі струми короткого замикання Isc;

2)Велика ширина забороненої зони дає можливість отримувати високу напругу холостого ходу Voc;

3)Для даного сонячного спектру, існує оптимальна ширина забороненої зони матеріалу

W. Shockley, and H. J. Queisser, “Detailed Balance

Limit of Efficiency of p n

Junction Solar Cells”, J. Appl. Phys., 32, 510, 1961.

МАКСИМАЛЬНИЙ ККД СЕ

Залежність максимального коефіцієнта корисної дії сонячного елементу

від ширини забороненої зони матеріалу (T = 25 0C): CIS – CuInSe2, CIGS – Cu(In,Ga)Se2, CIGSS – Cu(In,Ga)(S,Se)2

ВТРАТИ ЕНЕРГІЇ У СЕ

ВПЛИВ ПОСЛІДОВНОГО І ШУНТУЮЧОГО ОПОРІВ

РОЗПОДІЛ СЕ ЗА МАТЕРІАЛОМ

ВИГОТОВЛЕННЯ ФЕП НА ОСНОВІ Si

ПОВЕРХНЕВА РЕКОМБІНАЦІЯ

Поверхня СЕ э ефективним рекомбінаційним центром. Оскільки p-n-переходи в прямозонних матеріалах повинні бути мілкими, поверхнева рекомбінація суттєво погіршує ККД таких СЕ. Більш перспективним є використання фотоелементів на основі гетеропереходів з широкозонним віконним шаром. Вікно відсуває область генерації носіїв від поверхні перетворювача.

ГЕТЕРОПЕРЕХОДИ

Гетеропереходом (ГП) називають контакт двох напівпровідників, які розрізняються структурними та електрофізичними параметрами: кристалічною структурою,

шириною забороненої зони, величиною електронної спорідненості, діелектричними сталими, ефективною масою тощо. Внаслідок цього їх експериментальне дослідження та теоретичний опис набагато складніші ніж у випадку p-n-переходів.

Розрізняють ізотипні і анізотипні гетеропереходи. Якщо гетероперехід утворений двома напівпровідниками одного типу провідності, то говорять про ізотипний гетероперехід.

Анізотипні гетеропереходи утворюються напівпровідниками з різним типом провідності.

Найбільш перспективними вважаються СЕ на основі ГП між сполуками А2В6 Гетеропереходи утворенні сполуками цієї групи, досліджуються вже більше 40 років. Однак в основному вивчені структури, де на монокристалічну підкладку з однієї сполуки різними методами нанесена епітаксіальна плівка іншої сполуки.

Серед сполук А2В6 тільки ZnTe і CdTe у нелегованому вигляді можуть мати діркову провідність, всі інші мають n-тип, тому створення анізотипних гетеропереходів можливе лише з даними матеріалами.

ТИПОВА КОНСТРУКЦІЯ СЕ НА ОСНОВІ ГП

ТИПИ ПОТЕНЦІАЛЬНИХ БАР’ЄРІВ НА МЕЖІ ЗЕРНА

Електрична активність різних меж є різною. Найменшу активність мають межі між когерентними двійниками та ДП, найбільшу висококутові міжзеренні. Останнім властива висока концентрація дислокацій, велика деформація кристалічної гратки і суттєва сегрегація домішок. Саме вони в значній мірі визначають електрофізичні характеристики полікристалічного матеріалу.

Vd - висота потенціального бар’єра, Ns - густина поверхневих станів

ВПЛИВ ЧАСУ ЖИТТЯ НОСІЇВ ЗАРЯДУ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕ

Залежність Voc від тривалості життя носіїв для СЕ на основі CdTe

НОВІ МАТЕРІАЛИ ПОГЛИНАЮЧИХ ШАРІВ СЕ

CuInSe2 (CIS), Cu(In,Ga)Se2 (CIGS), Cu(In,Ga)(S,Se)2 (CIGSS) Cu2ZnSnS4 (CZTS), Cu2ZnSnSe4 (CZTSe), Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTSe)

Багатоперехідні (каскадні) сонячні перетворювачі

У типовому багатоперехідному сонячному елементі одиночні фотоелементи розташовані один за одним таким чином, що сонячне світло спочатку потрапляє на елемент з найбільшою шириною забороненої зони, при цьому поглинаються фотони з найбільшою енергією. Пропущені верхнім шаром фотони проникають в наступний елемент з меншою шириною забороненої зони і так далі.

Принцип роботи та будова багатоперехідного сонячного елемента

ОПТРОНИ ТА ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ

•Оптрон, або оптопара, - це оптоелектронний прилад, що містить у собі конструктивно об’єднані й розміщені в одному корпусі джерело і приймач випромінювання з певним видом оптичного й електричного зв’язку між ними.

•В електронних схемах оптрон виконує функцію елемента зв’язку, в одній з ланок якого інформація передається оптичним шляхом. Якщо між компонентами оптрона створити електричний зворотний зв’язок, то оптрон стає активним

приладом, придатним для підсилення і генерування електричних і оптичних сигналів.

•Приклад будови резисторного оптрона показано на рис.

•Як джерело світла в ньому використовується світлодіод 1, як фотоприймач – фоторезистор 3 у вигляді спресованої таблетки. Для зменшення ємнісного зв’язку між джерелом світла та фотоприймачем розміщується прозорий електростатичний екран 4. Внутрішня частина оптрона заливається оргсклом або епоксидною смолою, які захищають прилад від впливу зовнішнього середовища і відіграють роль світловода. Герметичний металевий корпус 2 зовні нагадує корпус простого

транзистора

2 1 4

ЗРОСТАННЯ ККД СЕ

ОПТРОНИ ТА ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ

•Джерело і приймач світла в оптроні мають бути спектрально узгоджені між собою. В оптичному видимому діапазоні застосовуються світлодіоди на основі SiC або GaP і фоторезистори на основі селеніду кадмію (CdSe) або сульфіду кадмію

(CdS).

•Проте оптичне середовище в оптроні може створюватися не лише з прозорого компаунда на основі полімерів. Для одержання високої розв’язки виходу і входу використовують волоконні світловоди у вигляді нитки з прозорого діелектрика.

Світловий промінь від джерела випромінювання потрапляє в торець світловоду, і після багаторазового відбиття від бічних стінок він виходить з іншого кінця світловоду, зазнавши малого гасіння. За допомогою волоконного світловоду можлива передача сигналу керування на великі відстані з високою електричною розв’язкою і завадостійкістю.

•Схема вмикання діодного оптрона зображена на рис.

•Принцип дії оптрона полягає в тому, що під дією вхідного сигналу (сигналу керування) змінюється інтенсивність світлового потоку від випромінювача, і це приводить до зміни внутрішнього опору фотоприймача (фотодіода), струму у вихідному колі та напруги, що знімається з навантаження RH.

Схема вмикання діодного оптрона

ОПТРОНИ ТА ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ

• До основних параметрів оптрона належать:

коефіцієнт передачі - K=Uвих/Uвх; швидкодія - V;

опір розв’язки - Rp >1012 Ом; ємність розв’язки - Cp~1014 Ф.

•Переваги оптронів:

1.Можливість керувати високою напругою за допомогою низької напруги завдяки

високій електричній ізоляції (Rp > 1012 Ом).

2.Широка смуга пропускання (від постійної складової до гігагерців).

3.Фізична і конструктивна різноманітність, широта функціональних можливостей.

•Оптронам властиві і деякі недоліки. До них належать висока споживана

потужність, сильна температурна залежність характеристик, складність виготовлення, високий рівень власних шумів.

•Залежно від виду фотоприймача розрізняють (рис.) діодні, резисторні,

транзисторні, тиристорні оптрони.