11.6.2 Коллекторы на базе семейства фотоэлектрических устройств из диселенида меди-индия

На Рисунке 11.17 представлена кривая теоретически возможной максимальной эффективности солнечного коллектора в зависимости от ширины запрещенной зоны. В таблице 11.2 приводятся данные о ширине запрещенной зоны группы материалов типа диселенида меди-индия. Многое еще предстоит узнать о свойствах негомогенных коллекторов и композитных коллекторов, в которых используются различные комбинации материалов. Исследуются возможности создания устройств с множественными переходами.

Рисунок 11.17 Теоретически возможная максимальная эффективность солнечного коллектора

Комментарий к Рисунку 11.17:

Ось х – значение энергии запрещенной зоны, эВ

Ось у – максимальная теоретически возможная эффективность, %

Эффективность фотоэлектрических устройств находится в прямой зависимости от равномерности распределения слоев коллектора и электродов, а также от эффективности соединений между фотоэлементами. Следовательно, в независимости от того, о каком из перечисленных выше коллекторе идет речь, ключевым фактором производительности этих устройств будет разработка надежных и применимых в условиях серийного производства технологий сборки фотоэлектрических модулей.

Вещество	Ширина запрещенной энергетической зоны
	1,05 эВ
	1,24 эВ
	1,56 эВ
	1,67 эВ
	1,69 эВ
	1,95 эВ
	2,33 эВ
	2,56 эВ

На эффективность модуля может существенно повлиять даже такая тривиальная вещь, как качество и чистота стеклянной подложки. Полировка стекла двуокисью церия () приводит к повышению эффективности модуля [54]. Кроме того, есть свидетельства того, что проникновение некоторого количества натрия из стекла в коллектор приводит к повышению эффективности коллектора [53].

В настоящее время ведется работа в направлении снижения потребления материала при изготовлении модулей на основе диселенида меди-индия с тем, чтобы и дальше снизить затраты на их производство. Примерами снижения количества используемого в производстве материала является уменьшение в два раза толщины контактного слоя из молибдена, сокращение потребления сероводорода, селеноводорода и оксида цинка, при условии сохранения необходимой минимальной толщины [55].

11.6.3 Новейшие технологии с использованием химических элементов III-V и II-VI групп.

По всей видимости, в ближайшие несколько лет каскадные фотоэлементы на основе химических соединений материалов будут играть ощутимую роль в сфере производства фотоэлементов на основе химических элементов III-Vгрупп. Например, , совпадающий по кристаллической решетке с арсенидом галлия, имеет ширину запрещенной энергетической зоны равную 1,55 эВ и может оказаться идеальным материалом для использования при толщине воздушной массы AM0, так как у этого материала также хороший показатель сопротивляемости радиации [56]. Для изготовления верхнего прозрачного слоя используютсяи, при этом наилучший показатель эффективности фотоэлемента площадью 1 см² составил немногим более 16%, но коэффициент заполнения составлял 85,4 %. Лучше всего в качестве верхнего прозрачного слоя показал себя.

Рассматривалась идея механической состыковки материалов с отличающимися параметрами кристаллической решетки [57]. Моделирование эффективности предложенного фотоэлектрического устройства из 24 слоев с 4-мя переходами, изготовленного с использованием GaInP, GaAs, GaInAsP и GaInAs, показало, что эффективность преобразования может достигать 35,3 %.

Добиться повышения производительности фотоэлемента можно путем концентрации солнечного света, падающего на его поверхность. Хотя при концентрации солнечного света максимальный предел эффективности фотоэлемента с гомогенным переходом составляет немногим менее 40 %, для увеличения максимального предела эффективности было предложено использовать фотоэлементы с «квантовыми/потенциальными ямами» [58]. В таких фотоэлементах между валентной зоной и зоной проводимости полупроводникового материала-основы создаются промежуточные энергетические уровни, что делает возможным поглощение фотонов с меньшей энергией. Выбор таких уровней должен быть сделан с большой осторожностью с тем, чтобы они не стали центром рекомбинации, иначе дополнительные электронно-дырочные пары, формирующиеся из падающих фотонов с более низкой энергией, будут потеряны в результате процессов рекомбинации. Лабораторные образцы фотоэлементов продемонстрировали более высокие значения напряжения разомкнутой цепи () в результате уменьшения возникающего в них темного (темнового) тока. В настоящее время ведутся углубленные исследования, направленные на изучение протекающих в таких фотоэлементах электронных процессов [59].