Моделювання вихідних параметрів кремнієвих фотоперетворювачів з базовими кристалами і-типу провідності

Abstract

Проведено експериментальне дослідження та моделювання із використанням програми PC1D ви- хідних параметрів лабораторних зразків фотоелектричних перетворювачів на основі монокристалічного кремнію і-типу електропровідності. Встановлено, що використання базових кристалів і-типу еле- ктропровідності в умовах опромінення АМ0 дозволяє отримувати рекордно високі значення густини фотоструму, котрі сягають 48,6 мА/см2. Проте їх коефіцієнт корисної дії не перевищує 11,6 %. Для розробки фізично обґрунтованого підходу до оптимізації конструктивно-технологічних рішень проана- лізовано електронну модель кремнієвого фотоелектричного перетворювача з p+-i-n+ структурою. В ході апробації моделі було одержано серію діаграм розподілу значень коефіцієнта корисної дії досліджуваних фотоелектричних перетворювачів з p+-i-n+ структурою залежно від значень послідовного і шунтувального опорів при густині діодного струму насичення 10 – 7 А/см2, 10 – 8 А/см2 та 10 – 9 А/см2. Наявність таких діаграм при проведенні розробки високоефективних фотоперетворювачів зазначеного типу дозволить не тільки суттєво зменшити витрати на пошукові дослідження, але й забезпечить досягнення необхідного у кожному конкретному випадку оптимального співвідношення між витратами на покращення діодної структури та підвищеним рівнем коефіцієнта корисної дії таких приладів.

Проведено экспериментальное исследование и моделирование с использованием программы PC1D выходных параметров лабораторных образцов фотоэлектрических преобразователей на основе монокристаллического кремния і-типа электропроводности. Установлено, что использование базовых кристаллов і-типа электропроводности в условиях облучения АМ0 позволяет получить рекордно высокие значения плотности фототока, достигающие 48,6 мА/см2. Однако их коэффициент полезного действия не превышает 11,6 %. Для разработки физически обоснованного подхода к оптимизации конструктивно-технологических решений проанализирована электронная модель кремниевого фотоэлектрического преобразователя з p+-i-n+ структурою. В ходе апробации модели была получена серия диаграмм распределения значений коэффициента полезного действия исследуемых фотоэлектрических преобразователей с p+-i-n+ структурой в зависимости от значений последовательного и шунтирующего сопротивлений при плотности диодного тока насыщения 10– 7 А/см2, 10– 8 А/см2 и 10– 9 А/см2. Наличие таких диаграмм при проведении разработки высокоэффективных фотопреобразователей указанного типа позволит не только существенно уменьшить затраты на поисковые исследования, но и обеспечит достижение необходимого в каждом конкретном случае оптимального соотношения между затратами на улучшение диодной структуры та повышенным уровнем коэффициента полезного действия таких приборов.

It was carried out the experimental investigation and modeling of the solar cells based on single crystal silicon with i-type conductivity laboratory samples output parameters using PC1D program. It has been found that use of i-type conductivity base crystals under AM0 irradiation allows to reach the record high photocurrent density values up to 48.6 mA/cm2. However, their efficiency does not exceed 11.6 %. To develop the physically based approach to optimize construction-technological solutions it has been analyzed the electronic model of silicon solar cells with p+-i-n+ structure. During the testing of the model we have obtained a series of diagrams with distribution of the investigated solar cells with p+-i-n+ structure efficiency values, depending on the values of series and shunt resistances at the diode saturation current density of 10 – 7 A/cm2 and 10 – 8 A/cm2 10 – 9 A/cm2. Availability of these diagrams during the development of such type highly effective solar cells will not only significantly reduce the cost of exploratory research but also will produce the required in each particular case an optimum ratio between the costs of diode structure improving and increased level of such devices efficiency.