Совершенствование конструкции и технологии изготовления фотоэлектрических преобразователей на основе кремния

• Автор: Шеповалова, Ольга Вячеславовна
• Шифр специальности: 05.14.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Глава 1. Обзор основных направлений развития фотопреобразователей
на основе кремния
1.1. Основные направления развития производства кремниевых фотопреобразователей
1.2. Анализ параметров матричных и планарных кремниевых
фото преобразователей
1.3. Анализ областей применения фотопреобразователей на
основе кремния
Постановка задач диссертации
Глава 2. Исследование технологии изготовления фотопреобразователей
на основе кремния
2.1. Исследование процессов изготовления матричного
фото преобразователя на основе кремния
2.2. Исследование технологических процессов создания планарных фотопреобразователей большой площади
Выводы по главе
Глава 3. Исследование электрических характеристик
фотопреобразователей на основе кремниевых п-р-р+ структур
3.1. Анализ методов расчета электрических параметров матричных многопереходных фотопреобразователей
3.2. Исследование выходных параметров больших планарных фотопреобразователей
Выводы по главе
Глава 4. Конструкции на основе кремниевых фотопреобразователей
4.1. Бесконтактные фотодиодные матрицы для управления электронными устройствами
4.2. Солнечные модули на основе планарных фотопреобразователей
с полутороидальными концентраторами
4.3. Технико-экономический расчет
Выводы по главе
Заключение
Список литературы
Приложение 1. Математические модели микроэлементов МФП
Приложение 2. Методика контроля времени жизни неосновных носителей заряда при изготовлении солнечных элементов. Методика контроля
слоевого сопротивления при изготовлении солнечных элементов
Приложение 3. Акт внедрения
Самым мощным, экологически чистым, естественным и общедоступным источником энергии на нашей планете является Солнце. Запасы энергии Солнца практически неисчерпаемы и могут обеспечить все потребности человечества. Развитие науки и промышленности позволяет сегодня говорить о реальной возможности обеспечения человечества электричеством с помощью преобразования энергии Солнца.
Одним из перспективных методов преобразования солнечной энергии в электрическую является метод прямого преобразования с помощью фотопреобразователей (ФП). В свою очередь, в фотоэнергетике, базирующейся на использовании ФП, можно выделить два направления - фотоэлектрическое преобразование концентрированного и неконцентрированного солнечного излучения. Оба эти направления являются перспективными для создания солнечных фотоэлктрических систем (ФЭС) - как наиболее экологически чистых, рссурсообеспеченных и в перспективе экономичных источников электрической энергии.
Актуальность исследований обусловлена следующим.
Мировая фотоэнергетика является одной из самых перспективных и бурно развивающихся отраслей современной промышленности. Ни в одной отрасли за последние годы не наблюдался такой рост производства — 30 и более % (за 2004г. — 57%). Экологические проблемы, связанные с традиционными источниками энергии, программы правительственной поддержки и целый ряд преимуществ, характерных для фотоэнергетики, определяют все возрастающий спрос и обеспечивают рост объемов производства. Стремление к снижению стоимости и повышению технических характеристик фотоэлектрических систем стимулирует многочисленные исследования и разработки в этой области. Актуальны всесторонние исследования по совершенствованию технологий, конструкций ФП и ФЭС. При этом кремний - наиболее используемый в фотоэнергетике и распространенный
и используя формулы для вектора плотности тока и его компонентов:
7 = ё>~ас1 кп(х,у,г):
ох су дг
(3.2)
здесь Б - площадь р-п перехода, Ап(х,у,г) - избыточная концентрация электронов в базовой области; Д, = Ьп2/т- коэффициент диффузии ННЗ.
С учетом (3.2) после ввода при интегрировании по оси Xмалого параметра с, определяющего расстояние между р-п переходом и базовым контактом, уравнение (3.1) примет вид:
ЗА п(х,у,г)

сіусіг

(3.1')
дАп(х,у,г)

У-®.
сіхсіг +||
ЗА п(х,у,г)

Ап(х,у,г)

сіхсїу > ,
где а, Ь, с- геометрические размеры микроэлементов по осям х,у и г, соответственно.
Найдем Ап(х,у,г), используя уравнение диффузии для электронов в базовой области микроэлемента, которое имеет вид:
У2Ап(х,у,г) - -~Ап(х,у,г) = Д + ёУ0 + ё'0у ), (3.3)
п п
гДе ёо ‘ = N0 аеа(г'° ёоУ - М/ аеа(у~Ь), g0 ~у = М0'у ае ~ау - функции генерации по осям у их, записанные без учета толщины легированной области, т.к. мы пренебрегаем вкладом вертикальной легированной области в фототок; И/, М/ и Х0'у - число фотонов, падающих в 1 с на 1 см2 поверхности МФП; а -коэффициент поглощения. Знак "(-)" перед индексом координаты указывает направление, с которого освещаются грани микроэлемента.
Считая квантовый выход равным единице, а р-п переход простым и учитывая, что на контакте к базе имеется изотипный барьер, граничные