6. Влияние дополнительных факторов в реальных сэ

При рассмотрении процессов в реальных приборах необходимо учесть ряд дополнительных факторов:

– отражение светового потока на границе раздела атмосфера - защитное покрытие - полупроводник,

– спектр поглощения структуры,

– распределение поглощённого излучения по толщине,

– поверхностную и объёмную рекомбинацию фотоносителей,

– профиль легированной области полупроводника,

– содержание примесей в исходном материале,

– наличие дефектов и слоя окисла на освещаемой поверхности полупроводника,

– сопротивление p- и n-областей, а также контактов фотоэлемента.

Учёт поверхностной и объёмной рекомбинаций приводит к следующему выражению для фототока:

, (1.10)

где β-коэффициент, учитывающий оба вида рекомбинации, который может быть рассчитан по уравнению:

, (1.11)

где L_n=(D_nτ_n)^1/2 –диффузионная длина в объёме, L_s=D_n/s –диффузионная длина вблизи поверхности, s- скорость поверхностной рекомбинации.

В качестве ориентира при измерении этих величин могут использоваться их значения для чистого кремния:

τ=2,5*10^-3 с; μ_n=1500 см²/В*с; μ_p=470 см²/В*с; L_n=0,76 мкм;

L_p=0.55 мкм; D_n=34см²/В*с; D_p= 12 см²/В*с; ρ=2,3*10⁵ Ом*см; n_e=n_p=1.5*10¹⁰ см^-3; E_g=1,12 эВ, N_ат=4,99*10²² см^-3.

В таблице приведены предельные растворимости примесей в кремнии. Буквами «з» и «в» обозначены дефекты замещения и внедрения.

Таблица 1 – Предельные растворимости примесей в кремнии

Примесь

In

Tl

N2

P

As

Sb

Bi

Li

Mn

Fe

Cu

Zn

Sn

Растворимость, атм/см3

1019

1017

1019

1022

1020

1019

1017

1019

1016

3.1016

1018

6.1016

2.1019

Тип примеси

p

p

-

n

n

n

n

n

n

-

p

p

-

Вид дефекта

з

з

з

з

з

з

з

в

в

в

в, з

з

з

Распределение подводимого светового потока по глубине «х» слоя может быть найдено из закона Бугера:

, (1.12)

где q₀ –плотность мощности потока на поверхности, A = - поглощательная способность поверхностного слоя кремния, величина которого не превышает единицы, - линейный коэффициент поглощения, значение которого для полупроводников и диэлектриков составляет порядка 10⁴ – 10⁵ см^-1.

Профиль легированных областей полупроводника зависит от способа введения примеси и при использовании метода термической диффузии является либо экспоненциальным, либо пропорционален erfc {x/[2(Dt)^1/2]}.

7. Эквивалентная схема для солнечного элемента. Вах солнечного элемента

Идеальный солнечный элемент может быть представлен в виде эквивалентной электрической схемы, включающей в себя параллельное соединение источника тока и диода.

Вольтамперная характеристика диода описывается с помощью выражения Шоккли:

где I_ph – фототок, протекающий через переход, I₀ – обратный ток насыщения, q – заряд электрона, k_B – постоянная Больцмана, T – температура прибора.

В идеальном случае ток короткого замыкания равен фототоку, а напряжение холостого хода определяется соотношением:

Точка вольтамперной характеристики Um Im в которой происходит максимальный отбор мощности с солнечного элемента называется рабочей точкой. Коэффициент заполнения:

На практике часто используют модель солнечного элемента, включающую последовательное и параллельное сопротивление и дополнительный второй диод. При этом соотношение для определения вольтамперной характеристики принимает вид: