Improving the Physical Model of GaAs Solar Cells

Abstract

Задля широкомаштабного використання сонячних елементів на основі GaAs необхідно підвищувати їх ефективність та знижувати витрати на їх виготовлення. Існуюча модель, що описує процеси у напівпровідниковому матеріалі, має значні спрощення та не враховує цілий ряд значних процесів. У роботі розглянута проблема оптимізації процесів у сонячних елементах на основі арсеніду галію, запропоновано врахування механізмів променевої, поверхневої рекомбінації, котрі мають суттєвий вплив і раніше в рамках фізичної моделі не розглядалися. Також у роботі розглянуто методи врахування повторного поглинання фотонів, вплив якого у сонячних елементах на основі GaAs враховується шляхом побудови моделі повторного поглинання фотонів. За основу запропонованої моделі обрано модель повторного поглинання фотонів Штейнера, яка успішно застосовується для моделювання одноперехідних сонячних батарей GaAs з урахуванням деяких граничних умов щодо врахування процесів рекомбінації на внутрішніх поверхнях приладу. Розрахунки з використанням запропонованої моделі дозволили запропонувати оптимізоване рішення тонких сонячних елементів на основі GaAs з хорошим дзеркалом на задній стороні та зниженою поверхневою рекомбінацією.

For large-scale GaAs-based solar cells using, it is necessary to increase their efficiency and reduce the cost of their manufacture. The existing model, which describes the processes in the semiconductor material, has significant simplifications and does not take into account a number of significant processes. The article considers the problem of processes in gallium arsenide based solar cells optimization, proposes to take into account the mechanisms of radiation, surface recombination, which have a significant impact and have not been previously considered in the physical model. The article also considers methods for taking into account the photon reabsorption, the effect of which in GaAs based solar cells is taken into account by building a model of photon reabsorption. The proposed model is based on the Steiner photon absorption model, which is successfully used for modeling single-junction GaAs solar cells, taking into account some boundary conditions considering recombination processes on the device inner surfaces. Calculations using the proposed model allowed us to offer an optimized solution of thin GaAs based solar cells with a good back surface mirror and reduced surface recombination.