Зависимость фотогальванических характеристики солнечных элементов от температуры на основе аморфных полупроводников

Аннотация

Актуальность работы. В настоящее время в мире в бурно развивающемся направлении физики полупроводников большое внимание уделяется аморфным попупройодникам R этом аспекте из-за дешевизны аморфного кремния и устойчивости к радиационному излучению разработка на его основе солнечных элементов, структур металл-диэлектрик-полупроводник, термоэлектрических устройств является одной из важных задач. В нашей республике в годы независимости уделяется особое внимание развитию физики полупроводников, в частности, созданию на основе аморфного кремния солнечных элементов и полупроводниковых приборов, а также исследованию их физических свойств. В этом плане по технологии получения аморфного кремния, созданию на их основе термоэлектрических преобразователей и в исследовании физических процессов протекающих в них достигнуты существенные результаты. На основе Стратегии действий дальнейшего развития Республики Узбекистан содействие научно-исследовательской и инновационной деятельности и реализация получаемых инновационных научных достижений в нашей стране, в этом аспекте в области преобразования Солнечной энергии в электрическую и повышению их экономичности имеют важное значение. В мире на сегодня создание относительно дешёвых и устойчивых к внешним воздействиям, в частности, радиационно-стойких полупроводниковых приборов и солнечных элементов, с улучшенными электрическими и оптическими характеристиками имеет важное значение. В этом аспекте одной из важнейших задач является реализация целевых исследований, в частности, научных изысканий по следующим направлениям: расчетноаналитическое исследование температурной зависимости фотогальванических характеристик солнечных элементов на основе аморфного гидрогенизированного кремния; установление эффективного режима работы и функциональных параметров во взаимосвязи с температурой; изучение зависимости фотовольтаических характеристик от высоты потенциального барьера и коэффициента неидеальности; разработка теоретических подходов для анализа электрофизических характеристик солнечных элементов. Научно-исследовательские работы, проводимые в выше приведенных направлениях, указывают на актуальность темы данной диссертации. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Постановлении Президента Республики Узбекистан №-ПП-1442 «О приоритетных направлениях развития индустрии Республики Узбекистан на 2011-2015 гг.» от 15 декабря 2015 года, №-УП-4947 «О мерах по дальнейшей реализации Стратегии действий по пяти приоритетным направлениям развития Республики Узбекистан в 2017-2021 годах» от 7 февраля 2017 года и №-ПП-2789 «О мерах по дальнейшему совершенствованию деятельности Академии наук, организаций, управления и финансирования научно-исследовательской деятельности»от 17 февраля 2017 года, а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере. Целью исследования является теоретическое исследование температурной зависимости фотогальванических характеристик солнечных элементов приготовленных на основе аморфного гидрогенизированного кремния (а-Si:H). Научная новизна: получена формула, объясняющая экспериментальные зависимости, на основе зависимости плотности тока короткого замыкания и напряжения холостого хода от температуры; показано, что напряжение холостого хода не зависит от значения коэффициента качества (неидеальности) световой вольт-амперной характеристики солнечного элемента; установлено, что найденное значение максимальной эффективной мощности солнечного элемента совпадает с максимальным значением (Р=)фЦ), полученным на основе закона Жоуля-Ленца. выведена формула выражающая зависимость коэффициента заполнения от температуры и показано, что максимальное значение коэффициента заполнения равно на /7=0,93, а минимальное значение - /7=0,25. Заключение На основе проведенных исследований температурной зависимости фотогальванических характеристик солнечных элементов на основе аморфного кремния сделаны следующие выводы: 1. Установлено, что коэффициент неидеальности световой ВАХ СЭ на основе аморфного гидрогенизированного аморфного кремния в интервале 100 К 500 К не зависит от температуры. 2. Показано, что полученная новая полуэмпирическая формула температурной зависимости тока короткого замыкания СЭ на основе аморфного гидрогенизированного кремния полностью объясняет экспериментальные результаты в интервале 60 К - 610 К. 3. Расчетами выражения плотности тока короткого замыкания от температуры СЭ определен рабочий температурный интервал и установлены зависимости материала полупроводника от ширины запрещенной зоны. 4. Плотность тока короткого замыкания СЭ на основе аморфного гидрогенизированного кремния при температурах выше 7=360 К уменьшается по закону температурной зависимости фотопроводимости полупроводников. 5. Выведено новое выражение для эффективной плотности тока, напряжения и мощности от температуры, которое даёт хорошее согласие расчетных данных с экспериментально полученными результатами 6. Получены новые аналитические выражения коэффициента заполнения фотовольтаических характеристик СЭ показывающие ограничение значения коэффициента заполнения не уровне j0=O.93. 7. Выявлено, что когда ширина запрещенной зоны полупроводника СЭ равна £х=2,3 эВ, то коэффициент заполнения световой ВАХ имеет максимальное значение.