Математическое моделирование и исследование характеристик многопереходных A3B5 фотоэлектрических преобразователей солнечного излучения

• Автор: Емельянов, Виктор Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 214 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Многопереходные А3 В5 солнечные элементы и существующие подходы к их моделированию (обзор литературы)

1.1 Фотовольтаический эффект в р-п переходе

1.2 Преобразование концентрированного солнечного излучения

1.3 Многопереходные солнечные элементы

1.4 Квантово-размерные структуры в солнечных элементах

1.5 Задачи диссертационной работы

Глава 2. Математическая модель многопереходного А3В5 солнечного элемента

2.1 Особенности фотовольтаического эффекта в многопереходных каскадных солнечных элементах

2.1.1 Система основных уравнений

2.1.2 Решение системы основных уравнений для многопереходного каскадного солнечного элемента
2.2 Распространение излучения в многослойной структуре
2.2.1 Система уравнений Максвелла в многослойной структуре
2.2.2 Преобразование световой волны на границе раздела
2.2.3 Метод матриц Абелеса
2.2.4 Переизлучение и реабсорбция
2.3 Моделирование преобразователей концентрированного солнечного излучения
2.3.1 Распределенная эквивалентная схема
2.3.2 Алгоритм расчета распределенной эквивалентной схемы
2.4 Выводы по главе
Глава 3. Моделирование спектральных и вольтамперных характеристик многопереходных солнечных элементов

3.1 Спектральные характеристики GalnP/GaAs и GalnP/GalnAs/Ge солнечных элементов
3.2 Влияние собирания из широкозонного «окна» и тыльного потенциального барьера на спектральную характеристику
3.3 Спектральные характеристики элементов со встроенными брэгговскими отражателями
3.4 Вольтамиерные характеристики однопереходных солнечных элементов.
3.5 Вольтамперные характеристики многопереходных каскадных GalnP/GaA’s
и GalnP/GalnAs/Ge солнечных элементов
3.6 Вольтамперные характеристики многопереходных каскадных солнечных элементов при наличии хроматической аберрации в концентраторе
3.7 Особенности вольтами ер ных, характеристик пристальном рассогласовании фототоков в многопереходных солнечных элементах
3.8 Выводы по главе
Глава 4. Повышение радиационной стойкости многопереходных солнечных элементов на основе структур GalnP/GalnAs/Ge с использованием брэгговских отражателей
4.1 Деградация солнечных элементов при радиационном облучении
4.2 Влияние облучения на характеристики многопереходных солнечных элементов со структурой GalnP/GalnAs/Ge
4.3 Использование брэгговских отражателей для повышения радиационной стойкости. GalnAs субэлемента
4.4 Характеристики GalnP/GalnAs/Ge многопереходных солнечных элементов со встроенными брэгговскими отражателями
4.5 Оптимизация структур GalnP/GalnAs/Ge трехпереходньтх солнечных элементов под расчетный срок эксплуатации на геосинхронной орбите'
4.6 Выводы по главе
Глава 5. Оптимизация концентраторных солнечных элементов на основе структур GalnP/GalnAs/Ge
5.1 Омические потери в солнечных элементах со структурой GalnP/GalnAs/Ge
5.2 Влияние параметров структуры на генерацию тока и сопротивление растекания в эмиттерах GalnP и GalnAs субэлементов
5.3 Влияние параметров структуры на кпд солнечного элемента
5.4 Влияние конструкции контактной сетки на кпд концентратори ого солнечного элемента
5.5 Выводы по главе
Заключение
Литература

применимые в условиях массового производства. Однако у них есть и свои недостатки, которые необходимо учитывать: слои структуры, образующие фотопреобразователь, должны быть согласованы по параметру решетки, а субэлементы по фототоку. Первое требование связано с тем, что выращивание слоев одного полупроводника на другом при сильном рассогласовании параметров их кристаллических решеток приводит к получению большого числа дефектов, которые увеличивают потери в МП СЭ. Второе требование объясняется технической невозможностью осуществления токосъема с туннельного диода. Оно приводит к тому, что монолитный МП СЭ образуется строго последовательным соединением его частей, а в этом случае его общий ток ограничивается наименьшим из токов его субэлементов. Данные требования приводят к ограничениям в выборе материалов МП СЭ и толщин слоев его структуры.
На сегодняшний день именно на монолитных МПСЭ со структурой GalnP/GalnAs/Ge достигнуты рекордные значения кпд в 31% (АМО) и 41,1% (AM1,5D) [43,44]. На двухпереходных GalnP/GaAs СЭ, механически
стыкованных с нижним элементом из GaSb были достигнуты значения эффективности преобразования соответственно в 40% (AM1.5D) и
30,8% (АМО) [50,51].
Ведутся работы по созданию элементов и с большим числом фотоактивных р-п переходов. Однако данные МП СЭ находятся на начальной стадии разработки, и пока не удается преодолеть технологические трудности при создании МП СЭ с количеством пять и более переходов и, следовательно, достичь КПД больше чем для трехпереходых СЭ. В работах [52-54] впервые были представлены результаты по созданию МП СЭ со структурой AlGalnP/GalnP/AlGalnAs/GalnAs/Ge для космического применения с кпд 19,5— 24,0% (АМО). В дальнейшем, за счет улучшения качества материалов, входящих в состав таких МП СЭ, по-видимому, удастся достичь значений кпд, указанных в таблице 1.1.