Конструкция полупроводникового преобразователя солнечной энергии с улучшенными параметрами выдерживает экзамен

Конструкция полупроводникового преобразователя солнечной энергии  с улучшенными параметрами выдерживает экзамен
Для использования энергии солнца находят применение преобразователи солнечной энергии в электрическую, в состав которых входят фоточувствительные структуры, включающие p-n переходы, из высокоомных элементов типа А3В5. Однако, такие преобразователи обладают существенными недостатками: невысокой выходной мощностью и высоким сопротивлением растекания носителей.

Созданная нами конструкция полупроводникового преобразователя солнечной энергии (ППСЭ) обладает улучшенными электрофизическими параметрами.

Конструктивно ППСЭ состоит из полупроводниковой р+-p-i-n+ фоточувствительной структуры, включающей n+-слой широкозонного полупроводника (подложка), на которой последовательно размещен i-слой собственной проводимости, p-слой и р+-слой , которые выполнены из того же широкозонного полупроводника.

На сильнолегированном р+-слое сформирован проводящий слой из светопрозрачного материала, одновременно являющийся просветляющим слоем. На проводящий слой, являющийся омичиским контактом к р+-слою широкозонного полупроводника, нанесен внешний металлический вывод. n+-слой широкозонного полупроводника размещен на металлическом основании, являющимся внешним выводом ППСЭ.

При воздействии квантов света на рабочую поверхность ППСЭ со стороны электропроводящего просветляющего слоя фотоны с энергиями

Еv Еg, где Еg ширина запрещённой зоны широкозонного полупроводника, проходят просветляющий слой, тонкий р+-слой широкозонного полупроводника, р-слой, достигают i-слоя собственной проводимости и создают в р-слое и i-слое широкозонного полупроводника избыточную концентрацию носителей заряда.

Избыточная концентрация фотогенерированных электронов и дырок в р-слое и i-слое определяется из зависимости

Δn=βη Iv τn, Δp= βη Iv τp (1), где β - квантовый выход, η - коэффициент поглощения света в р-слое и i-слое , Iv -интенсивность света, τn, τp - время жизни избыточных электронов и дырок.

Фотогенерированные электроны и дырки разделяются электрическим полем первого p-i перехода и второго i-n+ перехода, причем дырки движутся к верхнему омическому контакту – проводящему слою, а электроны к n+- слою, выполняющему функции нижнего омического контакта ППСЭ. Вследствие разделения зарядов на последовательно соединённых р+-i и i-переходах возникает суммарная фото ЭДС Ud, максимальное значение которой при холостом ходе

kT

Ud = — In (Iф/ Is) (2), и течет ток через i-n+ переход, обусловленный оптически генерированными электронами и дырками

Iа= Is [exp eUd ] - Iф. (3)

kT-1

Здесь Iф - максимальная плотность фототока, соответствующая данной освещенности; Is - ток насыщения p-n перехода.

 

В общем случае при заданной интенсивности света фототок, обусловленный избыточными носителями заряда с концентрациями Δn и Δp определяется выражением:

IФ = е(Δn μn + Δp μр) Ud.

 

Величина фото ЭДС ПСЭЭ определяется суммарной высотой потенциальных барьеров р-i и i- n+ переходов и составляет величину (0,8÷1,0)В.

 

Создано экспериментальное устройство – полупроводниковый преобразователь солнечной энергии в электрическую размером 48х48 мм на основе широкозонного полупроводника-кремния, который может использоваться как элемент-модуль солнечной электростанции. Устройство выполнено структурой р-i Si-резкий переход i-n+ Si резкий переход с верхним омическим контактом из проводящего светопрозрачного слоя, изготовленного из окиси олова-индия. р+-слой выполнен толщиной 0,1 микрон из кремния, легированном бором до концентрации NА = 1021 см-3. р+-слой 3 контактирующий с р+-слоем сформирован путем легирования бором с концентрацией NА = 1021 см-3 .

 

Сильнолегированный n+-слой выполнен из кремния , он легирован донорной примесью до концентрации NА = 1021 см-3, его толщина соответствует толщине подложки. На верхний омический контакт – проводящий слой нанесен внешний электрический вывод, представляющий слой алюминия + никель толщиной 2 микрона и шириной 2 мм по периметру края проводящего слоя. Конструкция фоточувствительной структуры ППСЭ размещена на алюминиевом основании размером 48 x 48 мм, толщиной 1 мм и соединена с ним токопроводящим клеем.

Экспериментальный полупроводниковый преобразователь солнечной энергии размером полезной площади 46 х 46 мм при интенсивности солнечного излучения РΣ = 65 мВт/см2 позволяет получать рабочий ток I = 1,2 А, рабочее напряжение 0,9 В, полезную выходную мощность Рвых = 1,2 Вт(≥480Вт/ м2).

Расчётная надёжность безотказной работы ППСЭ составляет 105 часов. Для известных аналогов эти электрические параметры соответственно составляют: I = 0,21 А, РВЬ1Х = 0,15 Вт, и надёжность работы не выше 2-104 часов.

 

 

 

В.Сычик,

доктор технических наук, профессор,

 

Н.Уласюк,

кандидат технических наук, доцент.

Белорусский национальный технический университет.

 

В.Шумило,

кандидат технических наук, доцент

ЗАО «Атлант»

 

г. Минск,

 

 

Материал подготовлен на основе доклада на Международной научно-технической конференции «Энергосбережение – важнейшее условие инновационного развития АПК». Ноябрь 2011 г.

г. Минск.

  • Дата публикации: 05.03.2012
  • 664
ООО «ДЕЛОВЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ»
Отраслевой информационно-аналитический портал, посвящённый энергетике Беларуси. Актуальные новости и события. Подробная информация о компаниях, товары и услуги.
220013
Республика Беларусь
Минск
ул. ул. Б. Хмельницкого, 7, офис 310
+375 (17) 336 15 55 , +375 (25) 694 54 56 , +375 (29) 302 40 02 , +375 (33) 387 08 05
+375 (17) 336 15 56
info@energobelarus.by
ЭнергоБеларусь

ЭнергоБеларусь

ЭнергоБеларусь

ЭнергоБеларусь

191611654
5
5
1
150
150