Процессы фотопреобразования солнечной энергии в молекулярных и нанофазных модельных системах

• Автор: Шевалеевский, Олег Игоревич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 295 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ.
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА И МОЛЕКУЛЯРНАЯ

ФОТОВОЛЬТ АИКА

1.1. СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ, КАК ИСТОЧНИК

ЭНЕРГИИ.

1.2. СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ЭНЕРГЕТИКА БУДУЩЕГО

1.3. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАБОТ ПО СЭ

1.4. ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА В КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕДАХ

1.5. КОНСТРУКЦИЯ И ПАРАМЕТРЫ ИДЕАЛЬНОГО СЭ .

1.6. ФОТОПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ В МОЛЕКУЛЯРНЫХ СЭ
1.7. НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ СЭ ГРЭТЦЕЛЕВСКОГО ТИПА
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.
2.1. СИСТЕМЫ ДЛЯ ВАКУУМНОЙ СУБЛИМАЦИИ
ТОНКИХ ПЛЕНОК.
2.2 УСТАНОВКА ДЛЯ ГАЗОВОЙ ЭПИТАКСИИ ФОТОСУЭ МЕТОДОМ.
2.3 УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
2.4 ИМИТАТОР СПЕКТРА СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ .
2.5 ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ ТОНКИХ ПЛЕНОК.
2.6. ДРУГИЕ СТАНДАРТНЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
ГЛАВА 3. ФОТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ТОНКИХ
СЛОЯХ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ПОЛУПРВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ.
3.1. ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНДЕНСИРОВАННЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛЕНОК
3.2. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАТЕРИАЛОВ.
3.3. ОСОБЕННОСТИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК С.
3.4. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
НА ОСНОВЕ С
3.5. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ПЛЕНКИ НА ОСНОВЕ ЛЕГИРОВАННОГО ПОЛИАЦЕТИЛЕНА.
ГЛАВА 4. ФОТОПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ В
СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ НА ОСНОВЕ
МОЛЕКУЛЯРНЫХ И НАНОФАЗНЫХ
МАТЕРИАЛОВ. ИЗ
4.1. ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ КОНСТРУИРОВАНИЯ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.
4.2. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ ДВУХСЛОЙНОГО СЭ.
4.3. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЭ
4.4. СЭ А ОСНОВЕ НАНОФАЗНЫХ СЛОЕВ С
4.5. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СПЕКТРА ДЕЙСТВИЯ ФОТОТОКА.
ГЛАВА 5. ФОТОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В
СЕНСИБИЛИЗИРОВАННЫХ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ
5.1. СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕТЫ НА ОСНОВЕ
МО ЮКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ТЮ2 ЭЛЕКТРОДОВ
5.2. СЕНСИБИЛИЗИРОВАННЫЕ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ СЭ.
5.4. ТАНДЕМНЫЕ СТРУКТУРЫ.
ГЛАВА 6. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРНЫХ И ФОТОЭЛЕКТРОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ДВУХФАЗНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МИКРОСИСТЕМАХ
6.1. АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ НЕОДНОФАЗНЫХ МИКРОКРИСТАЛЛОВ ТИПА ЯДРООБОЛОЧКА
6.2. РОЛЬ ДИСЛОКАЦИЙ В МЕХАНИЗМАХ ФОТОИНДУЩРОВАННОГО ТРАНСПОРТА ЗАРЯДОВ
В НЕОДНОФАЗНОЙ МИКРОСИСТЕМЕ
6.3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОВОДИМОСТИ НЕОДНОФАЗНЫХ МК МЕТОДОМ
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
ГЛАВА 7. НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ КРЕМНИЕВЫЕ
СТРУКТУРЫ И СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ИХ
ОСНОВЕ
7.1. НАНОКРИСТ АЛЛИЧЕСКИЕ КРЕМНИЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
7.2. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ПЛЕНОК псБЮН
7.3. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОК нсЪСН
7.4. ПРОВОДИМОСТЬ ОБРАЗЦОВ И МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕНОСА ЗАРЯДОВ.
7.5. РОЛЬ СПИНОВЫХ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ.
7.6. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЭ НА ОСНОВЕ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СЛОЕВ псЫСН
7.7. РОЛЬ ПАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ФАЗЫ В ФОРМИРОВАНИИ ОПТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
В ПЛЕНКАХ псЫСН.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Если посмотреть на достижения последнего десятилетия в области повышения эффективности данного вида фотопреобразователей рис. З., станет ясно, что за последние годы эффективность кремниевых элементов увеличилась незначительно. И это вполне естественно фундаментальные вопросы в этой области были в основном решены уже несколько десятилетий назад, и дальнейшее совершенствование солнечных элементов лежало скорее в технологической сфере. При этом в последнее десятилетие эффективность преобразования в лабораторных образцах кремниевых СЭ практически достигла своего теоретическою предела и представленные на рис. Рис. Графики роста эффективности различных типов солнечных батарей в период с г. А2В6. Еще одной особенностью современных высокоэффективных СЭ их лабораторных экземпляров является то, что для достижения максимальных величин КПД здесь стали использовать все более передовые и дорогостоящие технологии i . В результате, получение единичного демонстрационного образца СЭ, например, на основе аморфного кремния с использованием Vтехнологии, требует высоковакуумного оборудования и чистой комнаты ценой в несколько млн. То же касается и технологии получения высокоэффективных СЭ на основе . Сложная многослойная система такого элемента, схема которого подробно описана в 9, представлена для наглядности на рис. Сомнительно, что качественные СЭ подобного вида можно будет изготавливать в промышленных масштабах. Рис. Пример многослойной конструкции современного высокоэффективного СЭ на основе йаАз 9. Таким образом, можно сказать, что мировые исследования в области фотовольтаики переживают в настоящее время некоторый системный кризис. Основные средства продолжают вкладываться в работы с традиционными системами, в то время как получение заметного выхода увеличение эффективности преобразования в силу упомянутых выше причин просто невозможно. Эта ситуация наглядно продемонстрирована на рис. СЭ, выраженный в процентном увеличении средней эффективности фотопреобразователя данного типа, которая было достигнута в течение каждого прошедшего десятилетия начиная с х годов XX века по настоящее время , . Рис. Процентный прирост величины КПД данного типа СЭ Декадный прогресс за соответсвующее десятилетие. Представленные диаграммы подтверждают высказанную идею о практической завершенности полувекового этапа работ с традиционными фотовольтаическими системами. В то же время прогресс в области нетрадиционных систем, где в качестве примера взяты нанокристаллические фотопреобразователи Гретцелевского типа, очевиден. ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА В КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕДАХ. Первичной стадией любого фотопроцесса является поглощение света. В данной работе мы постоянно будем обращаться к понятиям, связанным с освещением материалов, прохождением и поглощением в них световой энергии, их спектральными характеристиками и т. В связи с этим в этом параграфе будут кратко сформулированы основные понятия, необходимые для изложения дальнейшего фактического материала. Поглощение света. Основные понятия. К основным параметрам, определяющим оптические свойства конденсированного слоя вещества, освещенного монохроматическим светом длиной волны Я, относятся величина пропускания света Г, поглощения света А и оптической плотности О все величины безразмерные . Т 1 1. А Т 1. Т выражает процентное соотношение величины пропускания Г 0Г. Таким образом, когда величина оптической плотности становится равной 2, слой вещества поглощает падающего на него света. Приведенные выше соотношения проиллюстрированы на рис. Соотношение между основными величинами оптической плотности и пропусканием приведены в таблице 1. Табл. Соотношение между поглощением и пропусканием света. Для удобства в расчетах чаще используется удельный показатель поглощения среды а, связанный с к соотношением к 2,3а, а соотношение 1. Поведение пучка света при прохождении через конденсированный слой и графическая иллюстрация уравнения 1. Ъ
О
Ф
о
т
о
ф
X
0. Рис. Прохождение света через конденсированный слой вещества толщиной I а и иллюстрация закона ЛамбертаБугераБера Ь.