Многопереходный солнечный элемент

Черный свет испытание рассвета «ы арсенида галлия тройной узел солнечных элементов ^[1]

Многопереходные ( МДж ) солнечные элементы - это солнечные элементы с множеством p – n-переходов, изготовленные из различных полупроводниковых материалов . Р-n переход каждого материала будет производить электрический ток в ответ на световые волны различной длины . Использование нескольких полупроводниковых материалов позволяет поглощать более широкий диапазон длин волн, повышая эффективность преобразования солнечного света в ячейке в электрическую энергию.

Традиционные однопереходные элементы имеют максимальную теоретическую эффективность 33,16%. ^[2] Теоретически бесконечное количество переходов будет иметь предельную эффективность 86,8% при высокой концентрации солнечного света. ^[3]

В настоящее время лучшие лабораторные образцы традиционных солнечных элементов из кристаллического кремния (c-Si) имеют эффективность от 20% до 25% ^{[4], в} то время как лабораторные образцы многопереходных элементов продемонстрировали производительность более 46% при концентрированном солнечном свете. ^[5]^[6]^[7] Коммерческие примеры тандемных ячеек широко доступны с концентрацией 30% при освещении одним солнцем, ^[8]^[9] и улучшаются примерно до 40% при концентрированном солнечном свете. Однако такая эффективность достигается за счет увеличения сложности и стоимости изготовления. На сегодняшний день их более высокая цена и более высокое соотношение цены и качества ограничивают их использование для особых ролей, особенно в аэрокосмической отрасли, где их высокиежелательна удельная мощность . В наземных применениях эти солнечные элементы появляются в фотоэлектрических концентраторах (CPV), количество установок которых постоянно растет по всему миру. ^[10]

Методы тандемного изготовления использовались для улучшения характеристик существующих конструкций. В частности, этот метод может быть применен к более дешевым тонкопленочным солнечным элементам, использующим аморфный кремний , в отличие от обычного кристаллического кремния, для производства элемента с эффективностью около 10%, который является легким и гибким. Этот подход использовался несколькими коммерческими поставщиками ^[11], но эти продукты в настоящее время ограничены определенными нишевыми ролями, такими как кровельные материалы.

Описание [ править ]

Основы солнечных батарей [ править ]

Рисунок А. Полоса диаграмма , иллюстрация фотоэлектрического эффекта . Фотоны отдают свою энергию электронам в обедненных или квазинейтральных областях. Они перемещаются из валентной зоны в зону проводимости . В зависимости от местоположения электроны и дырки ускоряются за счет _дрейфа E , который дает фототок генерации , или за счет E _scatt , который дает фототок рассеяния. ^[12]

Традиционные фотоэлектрические элементы обычно состоят из легированного кремния с металлическими контактами, нанесенными сверху и снизу. Легирование обычно наносится на тонкий слой наверху ячейки, создавая pn переход с определенной шириной запрещенной зоны E _g .

Фотоны , попадающие на верхнюю часть солнечного элемента, либо отражаются, либо передаются внутрь элемента. Переданные фотоны имеют потенциал , чтобы дать свою энергию, hν , к электрону , если hν ≥ Е _г , генерируя электронно- отверстие пары. ^[13] В обедненной области дрейфовое электрическое поле E _дрейф ускоряет как электроны, так и дырки к их соответствующим n-легированным и p-легированным областям (вверх и вниз, соответственно). Результирующий ток I _g называется генерируемым фототоком . В квазинейтральной области рассеивающее электрическое поле E _scattускоряет дырки (электроны) в направлении p-легированной (n-легированной) области, что дает рассеивающий фототок I _pscatt ( I _nscatt ). Следовательно, из-за накопления зарядов появляются потенциал V и фототок I _ph . Выражение для этого фототока получается сложением _{фототоков} генерации и рассеяния: I _ph = I _g + I _nscatt + I _pscatt .

Характеристики СП (J - плотность тока, т. Е. Ток на единицу площади) солнечного элемента при освещении получаются путем смещения характеристик СП диода в темноте вниз на I _ph . Поскольку солнечные элементы предназначены для подачи энергии, а не для ее поглощения, мощность P = V · I _ph должна быть отрицательной. Следовательно, рабочая точка (V _m , J _m ) расположена в области, где V > 0 и I _ph <0, и выбрана так, чтобы максимизировать абсолютное значение мощности | P |, ^[14]

Механизмы потерь [ править ]

Предел Шок-Queisser для эффективности одного соединения солнечных батарей. Практически невозможно, чтобы однопереходный солнечный элемент при неконцентрированном солнечном свете имел КПД более ~ 34%. Однако многопереходная ячейка может превышать этот предел.

Теоретические характеристики солнечного элемента были впервые подробно изучены в 1960-х годах и сегодня известны как предел Шокли – Кайссера . Предел описывает несколько механизмов потерь, которые присущи любой конструкции солнечного элемента.

Первый - это потери из-за излучения абсолютно черного тела , механизм потерь, который влияет на любой материальный объект выше абсолютного нуля . В случае солнечных элементов при стандартной температуре и давлении на эти потери приходится около 7% мощности. Второй - эффект, известный как «рекомбинация», когда электроны, созданные фотоэлектрическим эффектом, встречаются с электронными дырками, оставленными предыдущими возбуждениями. В кремнии на это приходится еще 10% мощности.

Однако основным механизмом потерь является неспособность солнечного элемента извлекать всю мощность света и связанную с этим проблему, заключающуюся в том, что он вообще не может извлекать энергию из определенных фотонов. Это связано с тем, что фотоны должны иметь достаточно энергии, чтобы преодолеть запрещенную зону материала.

Если у фотона меньше энергии, чем ширина запрещенной зоны, он вообще не собирается. Это главное соображение для обычных солнечных элементов, которые не чувствительны к большей части инфракрасного спектра, хотя это почти половина энергии, исходящей от солнца. И наоборот, фотоны с большей энергией, чем ширина запрещенной зоны, скажем, синий свет, первоначально выбрасывают электрон в состояние, превышающее ширину запрещенной зоны, но эта дополнительная энергия теряется из-за столкновений в процессе, известном как «релаксация». Эта потерянная энергия превращается в тепло в ячейке, что имеет побочный эффект в виде дальнейшего увеличения потерь черного тела. ^[15]

С учетом всех этих факторов максимальная эффективность материала с одной запрещенной зоной, такого как обычные кремниевые элементы, составляет около 34%. То есть 66% энергии солнечного света, попадающего в клетку, будет потеряно. Практические соображения еще больше уменьшают это, особенно отражение от передней поверхности или металлических выводов, с современными высококачественными ячейками примерно на 22%.

Материалы с более узкой запрещенной зоной, также называемые более узкой запрещенной зоной, будут преобразовывать фотоны с большей длиной волны и меньшей энергией. Материалы с большей или большей шириной запрещенной зоны преобразуют свет с более короткой длиной волны и более высокой энергией. Анализ спектра AM1.5 показывает, что наилучший баланс достигается при около 1,1 эВ (около 1100 нм, в ближней инфракрасной области), что очень близко к естественной ширине запрещенной зоны в кремнии и ряде других полезных полупроводников.

Множественные ячейки [ править ]

Ячейки, сделанные из нескольких слоев материалов, могут иметь несколько запрещенных зон и, следовательно, будут реагировать на несколько длин волн света, улавливая и преобразовывая часть энергии, которая в противном случае была бы потеряна на релаксацию, как описано выше.

Например, если бы в одной ячейке была ячейка с двумя запрещенными зонами, одна из которых была настроена на красный свет, а другая - на зеленый, то дополнительная энергия зеленого, голубого и синего света была бы потеряна только в запрещенной зоне чувствительного к зеленому свету материала. в то время как энергия красного, желтого и оранжевого цветов будет потеряна только из-за запрещенной зоны материала, чувствительного к красному. После анализа, аналогичного тем, которые выполнялись для устройств с одной запрещенной зоной, можно продемонстрировать, что идеальная ширина запрещенной зоны для устройства с двумя запрещенными зонами составляет 0,77 и 1,70 эВ. ^[16]

Удобно, что свет определенной длины волны не сильно взаимодействует с материалами с большей шириной запрещенной зоны. Это означает, что вы можете создать многопереходную ячейку, наложив слои разных материалов друг на друга, с самыми короткими длинами волн (наибольшая ширина запрещенной зоны) на «вершине» и увеличиваясь по всему телу ячейки. Поскольку фотоны должны пройти через ячейку, чтобы достичь надлежащего слоя для поглощения, необходимо использовать прозрачные проводники для сбора электронов, генерируемых на каждом слое.

Рисунок C. (a) Структура солнечного элемента MJ. Существует шесть важных типов слоев: pn-переходы, слои заднего поля (BSF), оконные слои, туннельные переходы, антибликовое покрытие и металлические контакты. (b) График спектральной освещенности E в зависимости от длины волны λ в солнечном спектре AM 1.5 вместе с максимальной эффективностью преобразования электроэнергии для каждого перехода в зависимости от длины волны. ^[17]

Изготовление тандемного элемента - непростая задача, в основном из-за тонкости материалов и трудностей с отводом тока между слоями. Простое решение - использовать два механически разделенных тонкопленочных солнечных элемента, а затем соединить их отдельно вне элемента. Этот метод широко используется в солнечных элементах из аморфного кремния. В продуктах Uni-Solar используются три таких слоя для достижения эффективности около 9%. Лабораторные примеры с использованием более экзотических тонкопленочных материалов продемонстрировали эффективность более 30%. ^[17]

Более сложным решением является «монолитно интегрированная» ячейка, где ячейка состоит из ряда слоев, которые механически и электрически связаны. Эти элементы гораздо сложнее производить, потому что электрические характеристики каждого слоя должны быть тщательно согласованы. В частности, необходимо согласовать фототок, генерируемый в каждом слое, иначе электроны будут поглощаться между слоями. Это ограничивает их конструкцию определенными материалами, которые лучше всего подходят для полупроводников III-V. ^[17]

Выбор материала [ править ]

Выбор материалов для каждой субячейки определяется требованиями согласования решетки, согласования тока и высоких оптоэлектронных свойств.

Для оптимального роста и конечного качества кристаллов постоянная кристаллической решетки a каждого материала должна быть точно согласована, что приводит к устройствам с согласованной решеткой. Это ограничение было несколько ослаблено в недавно разработанных метаморфических солнечных элементах, которые содержат небольшую степень несоответствия решеток. Однако большая степень несоответствия или другие дефекты роста могут привести к дефектам кристалла, вызывающим ухудшение электронных свойств.

Поскольку каждая подячейка электрически соединена последовательно, через каждое соединение протекает один и тот же ток. Материалы упорядочены с уменьшением ширины запрещенной зоны , _{например} , _g , что позволяет свету из запрещенной зоны ( hc / λ <e · E _g ) проходить в нижние подъячейки. Следовательно, необходимо выбрать подходящую ширину запрещенной зоны, чтобы проектный спектр уравновешивал текущее поколение в каждой из подъячеек, достигая текущего соответствия. На рисунке C (b) показан график спектральной освещенности E (λ), которая представляет собой плотность мощности источника на заданной длине волны.λ. Он отображается вместе с максимальной эффективностью преобразования для каждого перехода в зависимости от длины волны, которая напрямую связана с количеством фотонов, доступных для преобразования в фототок.

Наконец, для обеспечения высокой производительности слои должны быть электрически оптимальными. Это требует использование материалов с сильными коэффициентами поглощения а (Х), высокое время жизни неосновных носителей т _{меньшинство} , а высокие подвижности ц. ^[18]

Благоприятные значения в таблице ниже оправдывают выбор материалов, обычно используемых для многопереходных солнечных элементов: InGaP для верхнего субэлемента (E _g = 1,8 - 1,9 эВ), InGaAs для среднего субэлемента (E _g = 1,4 эВ) и германий для нижней субячейки (E _g = 0,67 эВ). Использование Ge в основном связано с его постоянной решеткой, надежностью, низкой стоимостью, широким распространением и простотой производства.

Поскольку различные слои имеют близкую решетку, при изготовлении устройства обычно используется химическое осаждение из паровой фазы (MOCVD) металлоорганических соединений . Этот метод предпочтительнее молекулярно-лучевой эпитаксии (МБЭ), поскольку он обеспечивает высокое качество кристаллов и крупномасштабное производство. ^[14]

Материал	E _g , эВ	а , нм	поглощение (λ = 0,8 мкм), 1 / мкм	µ _n , см ² / (В · с)	τ _p , мкс	Твердость (по шкале Мооса)	α, мкм / К	S , м / с
c-Si	1,12	0,5431	0,102	1400	1	7	2,6	0,1–60
InGaP	1,86	0,5451	2	500	-	5	5,3	50
GaAs	1.4	0,5653	0,9	8500	3	4–5	6	50
Ge	0,65	0,5657	3	3900	1000	6	7	1000
InGaAs	1.2	0,5868	30	1200	-	-	5,66	100–1000

Структурные элементы [ править ]

Металлические контакты [ править ]

Металлические контакты представляют собой электроды с низким сопротивлением, которые контактируют с полупроводниковыми слоями. Часто они алюминиевые . Это обеспечивает электрическое соединение с нагрузкой или другими частями солнечной батареи. Обычно они находятся по две стороны клетки. И важно быть на тыльной стороне, чтобы уменьшить затенение на освещаемой поверхности.

Антибликовое покрытие [ править ]

Антибликовое (AR) покрытие обычно состоит из нескольких слоев в случае солнечных элементов MJ. Верхний слой AR обычно имеет текстуру поверхности NaOH с несколькими пирамидами , чтобы увеличить коэффициент пропускания T , захват света в материале (поскольку фотоны не могут легко выйти из структуры MJ из-за пирамид) и, следовательно, длину пути фотонов в материале. ^[12] С одной стороны, толщина каждого слоя AR выбирается для получения деструктивных помех. Следовательно, коэффициент отражения R уменьшается до 1%. В случае двух слоев АР L ₁ (верхний слой, обычно SiO
₂) и L ₂ (обычно TiO
₂), должны быть одинаковые амплитуды для отраженных полей и n _L1 d _L1 = 4λ _min , n _L2 d _L2 = λ _min / 4, чтобы иметь противофазу для отраженных полей. ^[19] С другой стороны, толщина каждого слоя AR также выбирается так, чтобы минимизировать коэффициент отражения на длинах волн, для которых фототок самый низкий. Следовательно, это максимизирует J _{SC за} счет согласования токов трех подэлементов. ^[20] ${\ displaystyle n_ {L2} = n_ {AlInP} ^ {1/2} \ cdot n_ {L1}}$ Например, поскольку ток, генерируемый нижней ячейкой, больше, чем токи, генерируемые другими ячейками, толщина слоев AR регулируется таким образом, чтобы передача инфракрасного (IR) (что соответствует нижней ячейке) ухудшалась, в то время как ультрафиолетовое трансмиссия (что соответствует верхней ячейке) повышена. В частности, просветляющее покрытие очень важно на низких длинах волн, потому что без него T значительно снизился бы до 70%.

Соединения туннелей [ править ]

Рисунок D: Слои и диаграмма зон туннельного перехода. Поскольку длина обедненной области мала, а ширина запрещенной зоны велика, электроны могут туннелировать.

Основная цель туннельных переходов - обеспечить низкое электрическое сопротивление и соединение с низкими оптическими потерями между двумя субэлементами. ^[21] Без этого, легированная p-областью верхней ячейки была бы напрямую связана с n-легированной областью средней ячейки. Следовательно, между верхней и средней ячейками появится pn-переход с противоположным направлением по отношению к другим. Следовательно, фотоэдс будет ниже, чем если бы не было паразитного диода . Чтобы уменьшить этот эффект, используется туннельный переход. ^[22] Это просто широкозонный высоколегированный диод. Высокое легирование уменьшает длину обедненной области, потому что

{\ displaystyle l_ {depl} = {\ sqrt {{\ frac {2 \ epsilon (\ phi _ {0} -V)} {q}} {\ frac {N_ {A} + N_ {D}} {N_ {И}}}}}}

Следовательно, электроны могут легко туннелировать через обедненную область. JV-характеристика туннельного перехода очень важна, поскольку она объясняет, почему туннельные переходы могут использоваться для получения соединения с низким электрическим сопротивлением между двумя pn-переходами. На рисунке D показаны три различных области: область туннелирования, область отрицательного дифференциального сопротивления и область термодиффузии. Область, в которой электроны могут туннелировать через барьер, называется областью туннелирования. Там напряжение должно быть достаточно низким, чтобы энергия некоторых туннелирующих электронов была равна энергетическим состояниям, доступным по другую сторону барьера. Следовательно, плотность тока через туннельный переход велика (с максимальным значением ${\ displaystyle J_ {P}}$ , пиковая плотность тока), поэтому наклон около начала координат крутой. Тогда сопротивление будет чрезвычайно низким, а следовательно, и напряжение тоже. ^[23] Вот почему туннельные переходы идеально подходят для соединения двух pn-переходов без падения напряжения. Когда напряжение выше, электроны не могут пересечь барьер, потому что энергетические состояния больше не доступны для электронов. Следовательно, плотность тока уменьшается, а дифференциальное сопротивление становится отрицательным. Последняя область, называемая областью термодиффузии, соответствует характеристике СП обычного диода:

{\ Displaystyle J = J_ {S} \ left (\ exp \ left ({\ frac {qV} {kT}} \ right) -1 \ right)}

Чтобы избежать снижения производительности солнечного элемента MJ, туннельные переходы должны быть прозрачными для длин волн, поглощаемых следующим фотоэлектрическим элементом, средним элементом, то есть E _gTunnel > E _gMiddleCell .

Слой окна и поле задней поверхности [ править ]

Рисунок E: (a) Слои и ленточная диаграмма оконного слоя. Уменьшается поверхностная рекомбинация. (b) Слои и диаграмма диапазона слоя BSF. Уменьшается рассеяние носителей.

Окно слой используется для того , чтобы уменьшить скорости поверхностной рекомбинации S . Точно так же слой тылового поля (BSF) уменьшает рассеяние носителей в направлении туннельного перехода. Структура этих двух слоев одинакова: это гетеропереход, улавливающий электроны (дырки). Действительно, несмотря на электрическое поле E _d , они не могут перепрыгнуть через барьер, образованный гетеропереходом, потому что у них недостаточно энергии, как показано на рисунке E. Следовательно, электроны (дырки) не могут рекомбинировать с дырками (электронами) и не могут диффундировать. через барьер. _Между прочим, слои окна и BSF должны быть прозрачными для длин волн, поглощаемых следующим pn переходом, то есть E _gWindow > E _gEmitterи E _gBSF > E _gEmitter . Кроме того, постоянная решетки должна быть близка к постоянной решетки InGaP, а слой должен быть сильно легированным ( n ≥ 10 ¹⁸ см ^-3 ). ^[24]

Характеристика СП [ править ]

В стопке из двух ячеек, где радиационная связь не возникает, и где каждая из ячеек имеет характеристику СП, заданную уравнением диода, характеристика СП стопки определяется выражением ^[25].

{\ Displaystyle J = {\ tfrac {1} {2}} \ left (J _ {\ mathrm {sc, 1}} + J _ {\ mathrm {sc, 2}} \ right) - {\ sqrt {{\ tfrac {1} {4}} \ left (\ Delta J _ {\ mathrm {sc}} \ right) ^ {2} + J_ {0} ^ {2} \ mathrm {e} ^ {\ frac {qV} {kT }}}},}

где и - токи короткого замыкания отдельных ячеек в стопке, - разница между этими токами короткого замыкания, а = - произведение токов тепловой рекомбинации двух ячеек. Обратите внимание , что значения , вставленные для обоего токов короткого замыкания и тепловых рекомбинационных токов, измеренные или рассчитанные для клеток , когда они помещены в стек многопереходного (не значений , измеренном для отдельных соединительных элементов соответствующих типов клеток) . В СП -характеристики для двух идеальных (работающих на пределе излучения) ячеек, которым разрешено обмениваться люминесценцией и, таким образом, радиационно связанными, дается формулой ^[25] ${\ displaystyle J _ {\ mathrm {sc, 1}}}$ ${\ displaystyle J _ {\ mathrm {sc, 2}}}$ ${\ displaystyle \ Delta J _ {\ mathrm {sc}}}$ ${\ displaystyle J_ {0} ^ {2}}$ $J_{\mathrm {0,1} }J_{\mathrm {0,2} }$

J={\tfrac {1}{2}}\left(J_{\mathrm {sc,1} }+J_{\mathrm {sc,2} }\right)+{\tfrac {1}{2}}T^{-}\Delta J_{\mathrm {sc} }-\left(1-T^{+}\right){\sqrt {{\tfrac {1}{4}}\Delta J_{\mathrm {sc} }^{2}+{\tilde {J}}_{0}^{2}\mathrm {e} ^{\frac {qV}{kT}}}}.

Здесь параметры и - коэффициенты передачи, описывающие обмен фотонами между ячейками. Коэффициенты передачи зависят от показателя преломления ячеек. также зависят от показателя преломления клеток. Если клетки имеют одинаковый показатель преломления , то . $T^{-}$ $T^{+}$ ${\tilde {J}}_{0}^{2}$ $n_{\mathrm {r} }$ ${\tilde {J}}_{0}^{2}=\left(1+2n_{\mathrm {r} }^{2}\right)\left(J_{0,2}+2n_{\mathrm {r} }^{2}J_{0,1}\right)J_{0,1}$

Для максимальной эффективности каждая подъячейка должна работать с ее оптимальными параметрами JV, которые не обязательно равны для каждой подъячейки. Если они разные, общий ток через солнечную батарею будет наименьшим из трех. По приближению ^[26] это приводит к тому же соотношению для тока короткого замыкания солнечного элемента MJ: J _SC = min (J _SC1 , J _SC2 , J _SC3 ), где J _SCi (λ) - ток короткого замыкания плотность на данной длине волны λ для подъячейки i .

Из-за невозможности получить J _SC1 , J _SC2 , J _SC3 непосредственно из полной характеристики СП используется квантовая эффективность QE (λ). Он измеряет соотношение между количеством созданных электронно-дырочных пар и падающими фотонами на заданной длине волны λ. Пусть φ _i (λ) - поток фотонов соответствующего падающего света в подъячейке i, а QE _i (λ) - квантовая эффективность подъячейки i . По определению это равносильно: ^[27]

QE_{i}(\lambda )={\frac {J_{SCi}(\lambda )}{q\phi _{i}(\lambda )}}\Rightarrow J_{SCi}=\int _{0}^{\lambda 2}q\phi _{i}(\lambda )QE_{i}(\lambda )\,d\lambda

Значение получается путем связывания его с коэффициентом поглощения , то есть количеством фотонов, поглощенных материалом на единицу длины. Если предположить, что каждый фотон, поглощенный субъячейкой, создает пару электрон / дырка (что является хорошим приближением), это приводит к: ^[24] $QE_{i}(\lambda )$ $\alpha (\lambda )$

QE_{i}(\lambda )=1-e^{-\alpha (\lambda )d_{i}}

где d _i - толщина субэлемента i, а - процент падающего света, который не поглощается субэлементом i .

e^{-\alpha (\lambda )d_{i}}

Точно так же, потому что

V=\sum _{i=1}^{3}V_{i}

Следующее приближение может быть использовано: .

V_{OC}=\sum _{i=1}^{3}V_{OCi}

Значения тогда задаются уравнением диода СП: $V_{OCi}$

J_{i}=J_{0i}\left(e^{\frac {qV_{i}}{kT}}-1\right)-J_{SCi}\Rightarrow V_{OCi}\approx {\frac {kT}{q}}\ln \left({\frac {J_{SCi}}{J_{0i}}}\right)

Теоретическое ограничение эффективности [ править ]

Мы можем оценить предельную эффективность идеальных бесконечных многопереходных солнечных элементов, используя графический анализ квантовой эффективности (QE), изобретенный Ч. Генри. ^[28] Чтобы полностью использовать преимущества метода Генри, единицы спектральной освещенности AM1.5 должны быть преобразованы в единицу потока фотонов (т. Е. Количество фотонов / м ² / с). Для этого необходимо выполнить промежуточное преобразование единицы мощности электромагнитного излучения, падающего на единицу площади на энергию фотона, в поток фотонов на энергию фотона (т. Е. Из [Вт / м ² / эВ] в [количество фотонов / м 2 / с / эВ]). Для этого промежуточного преобразования единиц необходимо учитывать следующие моменты: Фотон имеет особую энергию, которая определяется следующим образом.

(1): E_ph = h ∙ f = h ∙ (c / λ)

где E _ph - энергия фотона, h - постоянная Планка (h = 6,626 * 10 ⁻³⁴ [Дж ∙ с]), c - скорость света (c = 2,998 * 10 ⁸ [м / с]), f - частота [1 / с], а λ - длина волны [нм].

Тогда поток фотонов на энергию фотона, dn _ph / dhν, относительно определенной освещенности E [Вт / м ² / эВ] может быть рассчитан следующим образом.

(2): = E / {h ∙ (c / λ)} = E [Вт / (м ² ∙ эВ)] ∙ λ ∙ (10 ⁻⁹ [м]) / (1,998 ∙ 10 ⁻²⁵ [Дж ∙ с ∙ м / с]) = E ∙ λ ∙ 5,03 ∙ 10 ¹⁵ [(количество фотонов) / (м ² ∙ с ∙ эВ)] В результате этого промежуточного преобразования единиц спектральная освещенность AM1.5 выражается в единицах потока фотонов на энергию фотона, [число фотонов / м ² / с / эВ], как показано на рисунке 1. ${\frac {dn_{ph}}{dhv}}\,={\frac {E}{E_{ph}}}\,$

Рис. 1. Поток фотонов на энергию фотона из стандартного спектра солнечной энергии (AM 1,5).

Основываясь на приведенном выше результате преобразования промежуточных единиц, мы можем получить поток фотонов путем численного интегрирования потока фотонов на энергию фотона по отношению к энергии фотона. Численно интегрированный поток фотонов рассчитывается с использованием правила трапеции следующим образом.

(3): $n_{ph}(E_{g})=\int _{E_{g}}^{\infty }{\frac {dn_{ph}}{dhv}}\,dhv=\sum _{i=E_{g}}^{\infty }(hv_{i+1}-hv_{i}){\frac {1}{2}}\left[{\frac {dn_{ph}}{dhv}}(hv_{i+1})+{\frac {dn_{ph}}{dhv}}(hv_{i})\right]\,$

В результате этого численного интегрирования спектральная освещенность AM1.5 дается в единицах потока фотонов, [число фотонов / м2 / с], как показано на рисунке 2.

Рис. 2. Поток фотонов из стандартного спектра солнечной энергии (AM 1.5).

Нет данных о потоке фотонов в диапазоне энергий малых фотонов от 0 эВ до 0,3096 эВ, поскольку стандартный (AM1.5) спектр солнечной энергии для hν <0,31 эВ недоступен. Однако, несмотря на недоступность этих данных, графический анализ QE может быть выполнен с использованием единственных доступных данных с разумным предположением, что полупроводники непрозрачны для энергий фотонов, превышающих их запрещенную энергию, но прозрачны для энергий фотонов, меньших, чем их энергия запрещенной зоны. Это предположение объясняет первую внутреннюю потерю эффективности солнечных элементов, которая вызвана неспособностью однопереходных солнечных элементов должным образом соответствовать широкому спектру солнечной энергии. Однако текущий графический анализ QE все еще не может отразить вторую внутреннюю потерю эффективности солнечных элементов - излучательную рекомбинацию.Чтобы учесть излучательную рекомбинацию, нам необходимо оценить плотность излучательного тока, J_рад , во-первых. Согласно методу Шокли и Кайссера ^[29] Дж _рад может быть аппроксимирован следующим образом.

(4): $J_{rad}=A\exp \left({\frac {eV-E_{g}}{kT}}\right)\,$

(5): $A={\frac {2\pi \,\exp(n^{2}+1)E_{g}^{2}kT}{h^{3}c^{2}}}\,$

где E _g выражается в электрон-вольтах, а n оценивается как 3,6, значение для GaAs. Падающее поглощенное тепловое излучение J _th равно J _рад при V = 0.

(6): $J_{th}=A\exp \left({\frac {-E_{g}}{kT}}\right)\,$

Плотность тока, подаваемого на нагрузку, представляет собой разницу плотностей тока, обусловленных поглощенным солнечным и тепловым излучением, и плотностью тока излучения, испускаемого с верхней поверхности или поглощенного подложкой. Определяя J _ph = en _ph , имеем

(7): J = J _ph + J _th - J _рад

Второй член, J _th , пренебрежимо мал по сравнению с J _ph для всех полупроводников с E _g . ≥ 0,3 эВ, как может быть показано оценкой приведенного выше J- _го уравнения. Таким образом, мы не будем использовать этот термин, чтобы упростить следующее обсуждение. Тогда мы можем выразить J следующим образом.

(8): Напряжение холостого хода определяется установкой J = 0. (9): $J=en_{ph}-A\exp \left({\frac {eV-E_{g}}{kT}}\right)\,$

$eV_{OC}=E_{g}-kT\ln \left({\frac {A}{en_{ph}}}\right)\,$

Точка максимальной мощности (Дж _м , В _м ) находится путем задания производной . Знакомый результат этого расчета (10): ${\frac {dJV}{dV}}\,=0$

$eV_{m}=eV_{OC}-kT\ln \left(1+{\frac {eV_{m}}{kT}}\right)\,$

(11): $J_{m}={\frac {en_{ph}}{1+kT/eV_{m}}}\,$

Наконец, максимальная работа (Вт · _м ), совершаемая на поглощенный фотон, Wm определяется выражением

(12): $W_{m}={\frac {J_{m}V_{m}}{n_{ph}}}\,={\frac {eV_{m}}{1+kT/eV_{m}}}\,=eV_{m}-kT$

Комбинируя последние три уравнения, получаем

(13): $W_{m}=E_{g}-kT\left[\ln \left({\frac {A}{en_{ph}}}\right)+\ln \left(1+{\frac {eV_{m}}{kT}}\right)+1\right]\,$

Используя приведенное выше уравнение, W _m (красная линия) нанесен на рисунок 3 для различных значений E _g (или n _ph ).

Рисунок 3. Максимальная работа идеальных бесконечных многопереходных солнечных элементов при стандартной спектральной освещенности AM1.5.

Теперь мы можем полностью использовать графический анализ QE Генри, принимая во внимание две основные внутренние потери эффективности солнечных элементов. Двумя основными собственными потерями являются излучательная рекомбинация и неспособность однопереходных солнечных элементов должным образом соответствовать широкому спектру солнечной энергии. Заштрихованная область под красной линией представляет максимальную работу, выполняемую идеальными бесконечными многопереходными солнечными элементами. Следовательно, предельная эффективность идеальных бесконечных многопереходных солнечных элементов оценивается как 68,8% путем сравнения заштрихованной области, определенной красной линией, с общей площадью потока фотонов, определенной черной линией. (Вот почему этот метод называется «графическим» анализом QE.) Хотя это предельное значение эффективности согласуется со значениями, опубликованными Парроттом и Восом в 1979 году: 64% и 68,2% соответственно,^[30]^[31] существует небольшой разрыв между оценочным значением в этом отчете и литературными значениями. Эта небольшая разница, скорее всего, связана с разными способами аппроксимации потока фотонов от 0 до 0,3096 эВ. Здесь мы аппроксимировали поток фотонов от 0 эВ до 0,3096 эВ как то же самое, что и поток фотонов при 0,31 эВ.

Материалы [ править ]

В большинстве произведенных на сегодняшний день многопереходных ячеек используется три слоя (хотя многие тандемные модули a-Si: H / mc-Si были произведены и широко доступны). Однако ячейки с тройным переходом требуют использования полупроводников, которые можно настраивать на определенные частоты, что привело к тому, что большинство из них состоит из соединений арсенида галлия (GaAs), часто германия для нижнего, GaAs для среднего и GaInP ₂ для верхней ячейки.

Подложка из арсенида галлия [ править ]

Ячейки с двойным переходом могут быть изготовлены на пластинах из арсенида галлия. Сплавы фосфида индия-галлия в диапазоне от In _0,5 Ga. ₅ P до In. ₅₃ Ga. ₄₇ P служат в качестве сплава с большой шириной запрещенной зоны. Этот диапазон сплавов обеспечивает возможность иметь ширину запрещенной зоны в диапазоне от 1,92 до 1,87 эВ. Нижний переход GaAs имеет запрещенную зону 1,42 эВ. ^{[ необходима цитата ]}

Подложка из германия [ править ]

Ячейки с тройным переходом, состоящие из фосфида индия-галлия (InGaP), арсенида галлия (GaAs) или арсенида индия-галлия (InGaAs) и германия (Ge), могут быть изготовлены на пластинах германия. Ранние клетки использовали прямой арсенид галлия в среднем переходе. В более поздних ячейках использовался In _0,015 Ga _0,985 As из-за лучшего согласования решетки с Ge, что привело к более низкой плотности дефектов. ^{[ необходима цитата ]}

Из-за огромной разницы в ширине запрещенной зоны между GaAs (1,42 эВ) и Ge (0,66 эВ) согласование по току очень плохое, а переход на Ge значительно ограничен по току. ^{[ необходима цитата ]}

Текущая эффективность коммерческих ячеек InGaP / GaAs / Ge приближается к 40% при концентрированном солнечном свете. ^[32]^[33] Лабораторные элементы (частично с использованием дополнительных переходов между GaAs и Ge) продемонстрировали эффективность выше 40%. ^[34]

Субстрат из фосфида индия [ править ]

Фосфид индия можно использовать в качестве субстрата для изготовления ячеек с шириной запрещенной зоны от 1,35 до 0,74 эВ. Фосфид индия имеет запрещенную зону 1,35 эВ. Арсенид галлия индия (In _0,53 Ga _0,47 As) имеет решетку, подобранную фосфиду индия с шириной запрещенной зоны 0,74 эВ. Четвертичный сплав фосфида арсенида индия-галлия может быть согласован по решетке для любой ширины запрещенной зоны между ними. ^{[ необходима цитата ]}

Клетки на основе фосфида индия могут работать в тандеме с клетками на основе арсенида галлия. Две ячейки могут быть оптически соединены последовательно (ячейка InP ниже ячейки GaAs) или параллельно за счет разделения спектров с использованием дихроичного фильтра . ^{[ необходима цитата ]}

Подложка из нитрида галлия индия [ править ]

Нитрид индия-галлия (InGaN) - это полупроводниковый материал, состоящий из смеси нитрида галлия (GaN) и нитрида индия (InN). Это тройной полупроводник с прямой запрещенной зоной III / V группы . Его ширину запрещенной зоны можно регулировать, изменяя количество индия в сплаве от 0,7 эВ до 3,4 эВ, что делает его идеальным материалом для солнечных элементов. ^[35] Однако его эффективность преобразования из-за технологических факторов, не связанных с шириной запрещенной зоны, все еще недостаточно высока, чтобы быть конкурентоспособными на рынке. ^[36]^[37]

Улучшения производительности [ править ]

Структура [ править ]

Во многих фотоэлектрических элементах MJ используются полупроводниковые материалы III-V . Туннельные диоды с гетеропереходом на основе GaAsSb вместо обычных высоколегированных туннельных диодов InGaP, описанных выше, имеют меньшее туннельное расстояние. Действительно, в гетероструктуре, образованной GaAsSb и InGaAs , валентная зона GaAsSb выше, чем валентная зона прилегающего к нему p-легированного слоя. ^[22] Следовательно, туннельное расстояние d _{туннель} уменьшается, и, следовательно, туннельный ток, который экспоненциально зависит от d _{туннеля.}, увеличена. Следовательно, напряжение ниже, чем у туннельного перехода InGaP. Туннельные диоды на гетеропереходах из GaAsSb обладают и другими преимуществами. Такого же тока можно добиться, используя более низкое легирование. ^[38] Во-вторых, поскольку постоянная решетки GaAsSb больше, чем Ge, можно использовать более широкий диапазон материалов для нижней ячейки, потому что больше материалов согласовано по решетке с GaAsSb, чем с Ge. ^[22]

В некоторые слои можно добавлять химические компоненты. Добавление примерно одного процента индия в каждый слой лучше соответствует параметрам решетки различных слоев. ^[39] Без него существует около 0,08 процента несоответствия между слоями, что снижает производительность. Добавление алюминия в верхнюю ячейку увеличивает ширину запрещенной зоны до 1,96 эВ ^[39], покрывая большую часть солнечного спектра и обеспечивая более высокое напряжение холостого хода V _OC .

Теоретическая эффективность солнечных элементов MJ составляет 86,8% для бесконечного числа pn-переходов ^[14], что означает, что большее количество переходов увеличивает эффективность. Максимальный теоретический КПД составляет 37, 50, 56, 72% для 1, 2, 3, 36 дополнительных pn-переходов, соответственно, с экспоненциальным увеличением количества переходов для достижения равного приращения КПД. ^[24] Экспоненциальная зависимость подразумевает, что по мере того, как ячейка приближается к пределу эффективности, стоимость увеличения и сложность быстро растут. Уменьшение толщины верхней ячейки увеличивает коэффициент передачи T . ^[24]

Гетерослой InGaP между слоем p-Ge и слоем InGaAs может быть добавлен для автоматического создания слоя n-Ge путем рассеяния во время роста MOCVD и значительного увеличения квантовой эффективности QE (λ) нижней ячейки. ^[39] InGaP выгоден из-за его высокого коэффициента рассеяния и низкой растворимости в Ge.

В настоящее время существует несколько коммерческих (неперовскитных) многопереходных технологий, включая тандемы и модули с тройным и четверным переходом, которые обычно используют полупроводники с III в V, с многообещающей эффективностью преобразования мощности, которая конкурирует с эталонными кремниевыми солнечными элементами и даже превосходит их. ^[40]

Спектральные вариации [ править ]

Солнечный спектр у поверхности Земли постоянно меняется в зависимости от погоды и положения солнца. Это приводит к изменению φ (λ), QE (λ), α (λ) и, таким образом, токов короткого замыкания J _SCi . В результате плотности J _i тока не обязательно совпадают, и общий ток становится ниже. Эти изменения могут быть количественно определены с использованием средней энергии фотонов (APE), которая представляет собой соотношение между спектральной энергетической освещенностью G (λ) (плотностью мощности источника света на определенной длине волны λ) и общей плотностью потока фотонов. Можно показать, что высокое (низкое) значение для APE означает спектральные условия с низкой (высокой) длиной волны и более высокую (более низкую) эффективность. ^[41]Таким образом, APE является хорошим индикатором для количественной оценки влияния вариаций солнечного спектра на рабочие характеристики и имеет дополнительное преимущество, заключающееся в независимости от конструкции устройства и профиля поглощения устройства. ^[41]

Использование концентраторов света [ править ]

Концентраторы света повышают эффективность и снижают соотношение цена / эффективность. Эти три типа световых концентраторов в использовании являются преломляющие линзы , такие как линзы Френеля , отражающие блюда (параболические или cassegraine), и свет путеводитель оптики. Благодаря этим устройствам свет, приходящий на большую поверхность, может быть сконцентрирован на меньшей ячейке. Коэффициент концентрации интенсивности (или «солнца») - это средняя интенсивность сфокусированного света, деленная на 1 кВт / м ² (разумное значение, связанное с солнечной постоянной ). Если его значение равно X, то при концентрированном освещении ток в МДж становится на X больше. ^[42]^[43]

Использование концентраций порядка от 500 до 1000, что означает, что ячейка 1 см ² может использовать свет, собранный с 0,1 м ² (поскольку 1 м ² равен 10000 см ² ), обеспечивает наивысшую эффективность, наблюдаемую на сегодняшний день. Трехслойные элементы принципиально ограничены 63%, но существующие коммерческие прототипы уже продемонстрировали более 40%. ^[44]^[45]Эти ячейки захватывают около 2/3 их теоретической максимальной производительности, поэтому, если предположить, что то же самое верно для неконцентрированной версии той же конструкции, можно ожидать трехслойной ячейки с эффективностью 30%. Этого преимущества перед традиционными кремниевыми конструкциями недостаточно, чтобы компенсировать их дополнительные производственные затраты. По этой причине почти все исследования многопереходных ячеек для наземного использования посвящены системам концентраторов, обычно с использованием зеркал или линз Френеля.

Использование концентратора также имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что количество ячеек, необходимых для покрытия определенной площади земли, значительно сокращается. Для обычной системы площадью 1 м ² потребуется 625 16 см ^2.ячеек, но для системы концентратора необходима только одна ячейка вместе с концентратором. Аргументом в пользу концентрированных многопереходных ячеек было то, что высокая стоимость самих ячеек будет более чем компенсирована сокращением общего количества ячеек. Однако обратная сторона подхода концентратора заключается в том, что эффективность очень быстро падает при более слабом освещении. Чтобы максимизировать свое преимущество перед традиционными ячейками и, таким образом, быть конкурентоспособными по стоимости, система концентратора должна отслеживать движение солнца, чтобы свет фокусировался на ячейке и как можно дольше поддерживать максимальную эффективность. Для этого требуется система солнечного слежения , которая увеличивает урожайность, но также увеличивает стоимость.

Изготовление [ править ]

По состоянию на 2014 год многопереходные ячейки стоили дорого в производстве с использованием технологий, аналогичных производству полупроводниковых устройств , как правило, металлоорганической газофазной эпитаксии, но на «чипах» размером порядка сантиметров.

В том же году была объявлена новая технология, позволяющая использовать в таких элементах подложку из стекла или стали, более дешевые пары в уменьшенных количествах, которые, как утверждалось, предлагали стоимость, конкурентоспособную по сравнению с обычными кремниевыми элементами. ^[46]

Сравнение с другими технологиями [ править ]

Существует четыре основных категории фотоэлектрических элементов: обычные моно- и поликристаллические кремниевые (c-Si) элементы, тонкопленочные солнечные элементы (a-Si, CIGS и CdTe) и многопереходные (MJ) солнечные элементы. Четвертая категория, новые фотоэлектрические системы , включает технологии, которые все еще находятся на стадии исследований или разработок и не перечислены в таблице ниже.

Категории	Технология	η (%)	V _OC (В)	I _SC (A)	Вт / м ²	t (мкм)	Ссылки
Кристаллические кремниевые элементы	Монокристаллический	24,7	0,5	0,8	63	100	^{[ требуется разъяснение ]}
Кристаллические кремниевые элементы	Поликремний	20,3	0,615	8,35	211	200
Тонкопленочные солнечные элементы	Аморфный кремний	11.1	0,63	0,089	33	1
	CdTe	16,5	0,86	0,029	-	5
	CIGS	19,5	-	-	-	1
Многопереходные ячейки	MJ	40,7	2,6	1,81	476	140

Солнечные элементы MJ и другие фотоэлектрические устройства имеют существенные различия (см. Таблицу выше) . Физически основным свойством солнечного элемента MJ является наличие более одного pn-перехода, чтобы улавливать больший спектр энергии фотонов, в то время как основным свойством тонкопленочного солнечного элемента является использование тонких пленок вместо толстых слоев, чтобы уменьшить коэффициент рентабельности. По состоянию на 2010 год ^[update]солнечные панели MJ дороже других. Эти различия подразумевают разные применения: солнечные элементы MJ предпочтительны в космосе, а солнечные элементы c-Si - для наземных применений.

График эффективности солнечных элементов в динамике Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии .

Эффективность солнечных батарей и кремниевых солнечных батарей относительно стабильна, в то время как эффективность солнечных модулей и многопереходных технологий растет.

Измерения солнечных элементов MJ обычно производятся в лаборатории с использованием концентраторов света (это часто не относится к другим элементам) и в стандартных условиях испытаний (STC). STC предписывают для наземных приложений использовать спектр AM1.5 в качестве эталона. Эта воздушная масса (AM) соответствует фиксированному положению солнца на небе под углом 48 ° и фиксированной мощности 833 Вт / м ² . Поэтому спектральные вариации падающего света и параметры окружающей среды не учитываются в STC. ^[47]

Следовательно, производительность солнечных элементов MJ в земных условиях ниже, чем в лабораторных условиях. Более того, солнечные элементы MJ спроектированы таким образом, что токи согласовываются в STC, но не обязательно в полевых условиях. Можно использовать QE (λ) для сравнения характеристик различных технологий, но QE (λ) не содержит информации о согласовании токов подэлементов. Важным моментом для сравнения является, скорее, выходная мощность на единицу площади, генерируемая при одинаковом падающем свете.

Приложения [ править ]

По состоянию на 2010 год стоимость солнечных элементов MJ была слишком высокой, чтобы их можно было использовать вне специализированных приложений. Высокая стоимость в основном обусловлена сложной конструкцией и дороговизной материалов. Тем не менее, с концентраторами света при освещении не менее 400 солнц солнечные панели MJ становятся практичными. ^[24]

По мере того, как становятся доступными менее дорогие многопереходные материалы, другие приложения включают разработку запрещенной зоны для микроклимата с различными атмосферными условиями. ^[48]

Ячейки MJ в настоящее время используются в миссиях марсохода . ^[49]

Обстановка в космосе совсем другая. Поскольку атмосферы нет, спектр Солнца другой (AM0). Ячейки имеют плохое согласование по току из-за большего потока фотонов выше 1,87 эВ по сравнению с потоком между 1,87 и 1,42 эВ. Это приводит к слишком низкому току в переходе GaAs и снижает общую эффективность, поскольку переход InGaP работает при токе ниже MPP, а переход GaAs работает выше тока MPP. Чтобы улучшить согласование по току, слой InGaP намеренно утончается, чтобы позволить дополнительным фотонам проникнуть в нижний слой GaAs. ^{[ необходима цитата ]}

В наземных системах концентрации рассеивание синего света атмосферой снижает поток фотонов выше 1,87 эВ, лучше уравновешивая переходные токи. Частицы излучения, которые больше не фильтруются, могут повредить клетку. Есть два вида повреждений: ионизация и атомное смещение. ^[50] Тем не менее, ячейки MJ обладают более высокой радиационной стойкостью, более высокой эффективностью и более низким температурным коэффициентом. ^[24]

См. Также [ править ]

Список полупроводниковых материалов
Органический фотоэлектрический элемент
PIN-диод
Микроморф (тандемный элемент a-Si / μc-Si)

Ссылки [ править ]

^ "Солнечные массивы рассвета" . Голландский космос. 2007 . Проверено 18 июля 2011 года .
^ Rühle, Свен (2016-02-08). «Табличные значения предела Шокли-Кайссера для однопереходных солнечных элементов». Солнечная энергия . 130 : 139–147. Bibcode : 2016SoEn..130..139R . DOI : 10.1016 / j.solener.2016.02.015 .
^ Грин, Мартин А. (2003). Фотоэлектрические системы третьего поколения: передовое преобразование солнечной энергии . Springer. п. 65.
^ "New South Innovations News - UNSW бьет рекорд солнечных батарей" . NewSouth Innovations. 2008-11-18. Архивировано из оригинального 25 апреля 2012 года . Проверено 23 июня 2012 .
^ Димрот, Франк (2016). "Солнечные батареи концентратора с четырьмя переходами, соединенные пластинами". IEEE Journal of Photovoltaics . 6 : 343–349. DOI : 10,1109 / jphotov.2015.2501729 . S2CID 47576267 .
^ «Солнечный переход побивает мировой рекорд по концентрации солнечной энергии с эффективностью 43,5%» . Cnet.com.
^ "Sharp поражает рекорд эффективности солнечных элементов концентратора, 43,5%"
^ «Эффективность 30,2 процента - новый рекорд для кремниевых солнечных батарей с несколькими переходами» . Фраунгофера ISE. 2016-11-09 . Проверено 15 ноября 2016 .
^ "ZTJ Space Solar Cell". Архивировано 28 сентября 2011 г.в Wayback Machine , emcore.
^ «Концентрирующая фотоэлектрическая технология». Архивировано 22 августа 2011 г.в Wayback Machine , NREL.
^ "Производство энергии Uni-Solar" , Uni-Solar
^ a b R.Delamare, O.Bulteel, D.Flandre, Conversion lumière / électricité: notions fondamentales et examples de recherche
^ "Основные фотоэлектрические принципы и методы" , Техническое информационное бюро, Исследовательский институт солнечной энергии (1982)
^ a b c Н. В. Ястребова (2007). Высокоэффективные многопереходные солнечные элементы: текущее состояние и будущий потенциал (PDF) .
^ Грин, Массачусетс (2003). Фотоэлектрические системы третьего поколения . Springer-Verlag. ISBN 978-3-540-26562-7.
^ Грин, Мартин (11 июля 2003 г.). Фотоэлектрические системы третьего поколения: усовершенствованное преобразование солнечной энергии . Springer. п. 61. ISBN 978-3-540-40137-7.
^ a b c "Тандемные солнечные элементы"
Перейти ↑ Miles, R (2006). «Фотоэлектрические солнечные элементы: выбор материалов и методов производства». Вакуум . 80 (10): 1090–1097. Bibcode : 2006Vacuu..80.1090M . DOI : 10.1016 / j.vacuum.2006.01.006 .
^ Strehlke, S; Bastide, S; Guillet, J; Levyclement, C (2000). «Дизайн пористых кремниевых просветляющих покрытий для кремниевых солнечных элементов». Материалы Наука и техника B . 69–70: 81–86. DOI : 10.1016 / S0921-5107 (99) 00272-X .
^ Daniel J.Aiken (2000). «Дизайн антиотражающего покрытия для многопереходных, последовательно соединенных солнечных элементов» (PDF) . Прогресс в фотогальванике: исследования и приложения . 8 (6): 563–570. DOI : 10.1002 / 1099-159X (200011/12) 8: 6 <563 :: АИД-PIP327> 3.0.CO; 2-8 . Архивировано из оригинального (PDF) 21 июля 2011 года.
^ Ямагути, М; Такамото, Т; Араки, К. (2006). «Супер-высокоэффективные солнечные элементы с несколькими переходами и концентраторами». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы . 90 (18–19): 3068–3077. DOI : 10.1016 / j.solmat.2006.06.028 .
^ a b c Дж. Ф. Клем, С. Парк, Дж. Цолпер, Полупроводниковый туннельный переход с улучшающим слоем, Патент США 5 679 963 (1997)
^ JFWheeldon; и другие. (2009). «Туннельный переход AlGaAs для высокоэффективных многопереходных солнечных элементов: моделирование и измерение работы в зависимости от температуры» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 17 ноября 2009 года. Cite journal requires |journal= (help)
^ a b c d e f Luque & Hegedus 2003 , стр. 390 сл.
^ a b Страндберг, Руна (2020). «Аналитический подход к моделированию многопереходных солнечных элементов». IEEE Journal of Photovoltaics . 10 (6): 1701–1711. arXiv : 2001.08553 . DOI : 10,1109 / JPHOTOV.2020.3013974 . S2CID 210860788 .
^ Peharz, G .; Siefer, G .; Бетт, AW (2009). «Простой метод количественной оценки спектральных воздействий на многопереходные солнечные элементы». Солнечная энергия . 83 (9): 1588–1598. Bibcode : 2009SoEn ... 83.1588P . DOI : 10.1016 / j.solener.2009.05.009 .
^ Лю, Лэй; Чен, Нуофу; Бай, Иминь; Цуй, Мин; Чжан, Хан; Гао, Фубао; Инь, Чжиган; Чжан, Синван (2008). «Квантовая эффективность и температурные коэффициенты двухпереходных солнечных элементов GaInP / GaAs» . Наука Китай Технологические науки . 52 (5): 1176–1180. DOI : 10.1007 / s11431-008-0203-9 . S2CID 55197753 .
^ Генри, CH (1980). «Ограничение эффективности идеальных наземных солнечных элементов с одним или несколькими энергетическими промежутками». Журнал прикладной физики . 51 (8): 4494. Bibcode : 1980JAP .... 51.4494H . DOI : 10.1063 / 1.328272 .
^ Шокли, Вт; Queisser, HA (1961). «Детализированный предел баланса эффективности солнечных элементов с pn переходом». Журнал прикладной физики . 32 (3): 510. Bibcode : 1961JAP .... 32..510S . DOI : 10.1063 / 1.1736034 .
^ Вос, AD (1980). «Детальный баланс предела эффективности тандемных солнечных элементов». Журнал физики D: Прикладная физика . 13 (5): 839–846. Bibcode : 1980JPhD ... 13..839D . DOI : 10.1088 / 0022-3727 / 13/5/018 .
Перейти ↑ Parrott, J. (1979). «Предельная эффективность многозонного солнечного элемента с боковой подсветкой». Журнал физики D: Прикладная физика . 12 (3): 441–450. Bibcode : 1979JPhD ... 12..441P . DOI : 10.1088 / 0022-3727 / 12/3/014 .
^ "Солнечные элементы CPV - Azurspace Power Solar GmbH" . Азурспейс . Проверено 17 августа 2014 .
^ «Ведущий мировой поставщик полупроводниковой и светотехнической продукции» . Spectrolab. 2009 . Проверено 4 августа 2015 .
^ Грин, Массачусетс; Emery, K .; Hishikawa, Y .; Warta, W .; Данлоп, ЭД (2012). «Таблицы эффективности солнечных элементов (версия 40)». Прогресс в фотогальванике: исследования и приложения . 20 (5): 606–14. DOI : 10.1002 / pip.2267 .
^ Kuykendall, T .; Ульрих, Филипп; Алони, Шауль; Ян, Пейдун (2007). «Полная композиционная перестраиваемость нанопроволок InGaN с использованием комбинаторного подхода». Материалы природы . 6 (12): 951–956. Bibcode : 2007NatMa ... 6..951K . DOI : 10.1038 / nmat2037 . PMID 17965718 .
^ Маклафлин, DVP; Пирс, Дж. М. (2013). «Прогресс в материалах из нитрида индия и галлия для преобразования солнечной фотоэлектрической энергии» . Металлургическая и Транзакции материалов A . 44 (4): 1947–1954. Bibcode : 2013MMTA ... 44.1947M . DOI : 10.1007 / s11661-013-1622-1 . S2CID 13952749 .
^ Ям, ФК; Хасан, З. (2008). «InGaN: обзор кинетики роста, физических свойств и механизмов излучения». Сверхрешетки и микроструктуры . 43 (1): 1-23. Bibcode : 2008SuMi ... 43 .... 1Y . DOI : 10.1016 / j.spmi.2007.05.001 .
^ JC Zolper; Plut; Тиггес; и другие. (1994). Гетеропереходные туннельные диоды на основе Ga As Sb для тандемных межсоединений солнечных элементов . Материалы 1-й Всемирной конференции IEEE 1994 г. по преобразованию фотоэлектрической энергии - WCPEC (Совместная конференция PVSC, PVSEC и PSEC) . 2 . п. 1843. DOI : 10,1109 / WCPEC.1994.520724 . ISBN 978-0-7803-1460-3. S2CID 136718230 .
^ a b c Ямагути, М; Такамото, Т; Араки, К; Экинсдаукс, Н. (2005). «Многопереходные солнечные элементы III – V: текущее состояние и будущий потенциал». Солнечная энергия . 79 (1): 78–85. Bibcode : 2005SoEn ... 79 ... 78Y . DOI : 10.1016 / j.solener.2004.09.018 .
^ Тянь, Сюэюй; Стрэнкс, Сэмюэл Д .; Ты, Фэнци (июль 2020 г.). «Использование энергии в течение жизненного цикла и экологические последствия высокопроизводительных тандемных солнечных элементов на основе перовскита» . Наука продвигается . 6 (31): eabb0055. Bibcode : 2020SciA .... 6B..55T . DOI : 10.1126 / sciadv.abb0055 . ISSN 2375-2548 . PMC 7399695 . PMID 32789177 .
^ a b «Влияние спектральных эффектов на электрические параметры многопереходных аморфных кремниевых элементов» (PDF) . DOI : 10,1109 / WCPEC.2003.1306273 (неактивный 2021-01-17). Cite journal requires |journal= (help)CS1 maint: DOI inactive as of January 2021 (link)
^ Луке & Хегедуш 2003 , стр. 61далее
^ Луке & Хегедуш 2003 , стр. 449далее
^ Майкл Kanellos, "Солнечные разрывы клеток эффективность записи" , CNET News , 6 декабря 2006
^ "Солнечные элементы NREL устанавливают мировой рекорд эффективности на уровне 40,8 процента". Архивировано 17сентября 2008 г.в Wayback Machine , Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии, 13 августа 2008 г.
^ Буллис, Кевин (2014-06-09). "Высокоэффективные солнечные элементы по цене обычных | Обзор технологий Массачусетского технологического института" . Technologyreview.com . Проверено 17 августа 2014 .
^ Альбуфласа, H; Gottschalg, R; Беттс, Т. (2007). «Моделирование влияния различных спектров на многопереходные солнечные элементы A-SI». Опреснение . 209 (1–3): 78–85. DOI : 10.1016 / j.desal.2007.04.012 .
^ С. Жанг, Ж. Gwamuri, Р. Эндрюс, и Дж.М. Пирс, (2014). Дизайн многопереходных фотоэлектрических элементов, оптимизированных для различных атмосферных условий, Международный журнал фотоэнергетики , 514962, стр. 1-7. открытый доступ
^ Д. Крисп; А. Патхареб; RC Ewell (2004). «Производительность солнечных элементов из арсенида галлия / германия на поверхности Марса». Прогресс в фотогальванике: исследования и приложения . 54 (2): 83–101. Bibcode : 2004AcAau..54 ... 83C . DOI : 10.1016 / S0094-5765 (02) 00287-4 .
^ Луке & Хегедуш 2003 , стр. 414далее

Дальнейшее чтение [ править ]

Луке, Антонио; Hegedus, Стивен, ред. (2003). Справочник по фотоэлектрической науке и технике . Джон Вили и сыновья . ISBN 978-0-471-49196-5.

Яррис, Линн (7 ноября 2011 г.). Исследования лаборатории Беркли демонстрируют рекордные характеристики солнечных батарей . Центр новостей . Национальная лаборатория Лоуренса Беркли . Дата обращения 10 декабря 2011 . Теоретические исследования, проведенные учеными из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США (DOE) (Лаборатория Беркли), привели к рекордной эффективности преобразования солнечного света в электричество в солнечных элементах.( перепечатано в журнале R&D )

[1] "Солнечные массивы рассвета" . Голландский космос. 2007 . Проверено 18 июля 2011 года .

[Shockley-Queisser-Tables-2] Rühle, Свен (2016-02-08). «Табличные значения предела Шокли-Кайссера для однопереходных солнечных элементов». Солнечная энергия . 130 : 139–147. Bibcode : 2016SoEn..130..139R . DOI : 10.1016 / j.solener.2016.02.015 .

[3] Грин, Мартин А. (2003). Фотоэлектрические системы третьего поколения: передовое преобразование солнечной энергии . Springer. п. 65.

[4] "New South Innovations News - UNSW бьет рекорд солнечных батарей" . NewSouth Innovations. 2008-11-18. Архивировано из оригинального 25 апреля 2012 года . Проверено 23 июня 2012 .

[5] Димрот, Франк (2016). "Солнечные батареи концентратора с четырьмя переходами, соединенные пластинами". IEEE Journal of Photovoltaics . 6 : 343–349. DOI : 10,1109 / jphotov.2015.2501729 . S2CID 47576267 .

[6] «Солнечный переход побивает мировой рекорд по концентрации солнечной энергии с эффективностью 43,5%» . Cnet.com.

[7] "Sharp поражает рекорд эффективности солнечных элементов концентратора, 43,5%"

[8] «Эффективность 30,2 процента - новый рекорд для кремниевых солнечных батарей с несколькими переходами» . Фраунгофера ISE. 2016-11-09 . Проверено 15 ноября 2016 .

[9] "ZTJ Space Solar Cell". Архивировано 28 сентября 2011 г.в Wayback Machine , emcore.

[10] «Концентрирующая фотоэлектрическая технология». Архивировано 22 августа 2011 г.в Wayback Machine , NREL.

[11] "Производство энергии Uni-Solar" , Uni-Solar

[a7-12] R.Delamare, O.Bulteel, D.Flandre, Conversion lumière / électricité: notions fondamentales et examples de recherche

[13] "Основные фотоэлектрические принципы и методы" , Техническое информационное бюро, Исследовательский институт солнечной энергии (1982)

[a9-14] Н. В. Ястребова (2007). Высокоэффективные многопереходные солнечные элементы: текущее состояние и будущий потенциал (PDF) .

[15] Грин, Массачусетс (2003). Фотоэлектрические системы третьего поколения . Springer-Verlag. ISBN 978-3-540-26562-7.

[16] Грин, Мартин (11 июля 2003 г.). Фотоэлектрические системы третьего поколения: усовершенствованное преобразование солнечной энергии . Springer. п. 61. ISBN 978-3-540-40137-7.

[super-17] "Тандемные солнечные элементы"

[18] Перейти ↑ Miles, R (2006). «Фотоэлектрические солнечные элементы: выбор материалов и методов производства». Вакуум . 80 (10): 1090–1097. Bibcode : 2006Vacuu..80.1090M . DOI : 10.1016 / j.vacuum.2006.01.006 .

[19] Strehlke, S; Bastide, S; Guillet, J; Levyclement, C (2000). «Дизайн пористых кремниевых просветляющих покрытий для кремниевых солнечных элементов». Материалы Наука и техника B . 69–70: 81–86. DOI : 10.1016 / S0921-5107 (99) 00272-X .

[20] Daniel J.Aiken (2000). «Дизайн антиотражающего покрытия для многопереходных, последовательно соединенных солнечных элементов» (PDF) . Прогресс в фотогальванике: исследования и приложения . 8 (6): 563–570. DOI : 10.1002 / 1099-159X (200011/12) 8: 6 <563 :: АИД-PIP327> 3.0.CO; 2-8 . Архивировано из оригинального (PDF) 21 июля 2011 года.

[a1-21] Ямагути, М; Такамото, Т; Араки, К. (2006). «Супер-высокоэффективные солнечные элементы с несколькими переходами и концентраторами». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы . 90 (18–19): 3068–3077. DOI : 10.1016 / j.solmat.2006.06.028 .

[a2-22] Дж. Ф. Клем, С. Парк, Дж. Цолпер, Полупроводниковый туннельный переход с улучшающим слоем, Патент США 5 679 963 (1997)

[23] JFWheeldon; и другие. (2009). «Туннельный переход AlGaAs для высокоэффективных многопереходных солнечных элементов: моделирование и измерение работы в зависимости от температуры» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 17 ноября 2009 года. Cite journal requires |journal= (help)

[a3-24] Luque & Hegedus 2003 , стр. 390 сл.

[RS2020-25] Страндберг, Руна (2020). «Аналитический подход к моделированию многопереходных солнечных элементов». IEEE Journal of Photovoltaics . 10 (6): 1701–1711. arXiv : 2001.08553 . DOI : 10,1109 / JPHOTOV.2020.3013974 . S2CID 210860788 .

[26] Peharz, G .; Siefer, G .; Бетт, AW (2009). «Простой метод количественной оценки спектральных воздействий на многопереходные солнечные элементы». Солнечная энергия . 83 (9): 1588–1598. Bibcode : 2009SoEn ... 83.1588P . DOI : 10.1016 / j.solener.2009.05.009 .

[27] Лю, Лэй; Чен, Нуофу; Бай, Иминь; Цуй, Мин; Чжан, Хан; Гао, Фубао; Инь, Чжиган; Чжан, Синван (2008). «Квантовая эффективность и температурные коэффициенты двухпереходных солнечных элементов GaInP / GaAs» . Наука Китай Технологические науки . 52 (5): 1176–1180. DOI : 10.1007 / s11431-008-0203-9 . S2CID 55197753 .

[28] Генри, CH (1980). «Ограничение эффективности идеальных наземных солнечных элементов с одним или несколькими энергетическими промежутками». Журнал прикладной физики . 51 (8): 4494. Bibcode : 1980JAP .... 51.4494H . DOI : 10.1063 / 1.328272 .

[29] Шокли, Вт; Queisser, HA (1961). «Детализированный предел баланса эффективности солнечных элементов с pn переходом». Журнал прикладной физики . 32 (3): 510. Bibcode : 1961JAP .... 32..510S . DOI : 10.1063 / 1.1736034 .

[30] Вос, AD (1980). «Детальный баланс предела эффективности тандемных солнечных элементов». Журнал физики D: Прикладная физика . 13 (5): 839–846. Bibcode : 1980JPhD ... 13..839D . DOI : 10.1088 / 0022-3727 / 13/5/018 .

[31] Перейти ↑ Parrott, J. (1979). «Предельная эффективность многозонного солнечного элемента с боковой подсветкой». Журнал физики D: Прикладная физика . 12 (3): 441–450. Bibcode : 1979JPhD ... 12..441P . DOI : 10.1088 / 0022-3727 / 12/3/014 .

[32] "Солнечные элементы CPV - Azurspace Power Solar GmbH" . Азурспейс . Проверено 17 августа 2014 .

[33] «Ведущий мировой поставщик полупроводниковой и светотехнической продукции» . Spectrolab. 2009 . Проверено 4 августа 2015 .

[34] Грин, Массачусетс; Emery, K .; Hishikawa, Y .; Warta, W .; Данлоп, ЭД (2012). «Таблицы эффективности солнечных элементов (версия 40)». Прогресс в фотогальванике: исследования и приложения . 20 (5): 606–14. DOI : 10.1002 / pip.2267 .

[35] Kuykendall, T .; Ульрих, Филипп; Алони, Шауль; Ян, Пейдун (2007). «Полная композиционная перестраиваемость нанопроволок InGaN с использованием комбинаторного подхода». Материалы природы . 6 (12): 951–956. Bibcode : 2007NatMa ... 6..951K . DOI : 10.1038 / nmat2037 . PMID 17965718 .

[36] Маклафлин, DVP; Пирс, Дж. М. (2013). «Прогресс в материалах из нитрида индия и галлия для преобразования солнечной фотоэлектрической энергии» . Металлургическая и Транзакции материалов A . 44 (4): 1947–1954. Bibcode : 2013MMTA ... 44.1947M . DOI : 10.1007 / s11661-013-1622-1 . S2CID 13952749 .

[37] Ям, ФК; Хасан, З. (2008). «InGaN: обзор кинетики роста, физических свойств и механизмов излучения». Сверхрешетки и микроструктуры . 43 (1): 1-23. Bibcode : 2008SuMi ... 43 .... 1Y . DOI : 10.1016 / j.spmi.2007.05.001 .

[38] JC Zolper; Plut; Тиггес; и другие. (1994). Гетеропереходные туннельные диоды на основе Ga As Sb для тандемных межсоединений солнечных элементов . Материалы 1-й Всемирной конференции IEEE 1994 г. по преобразованию фотоэлектрической энергии - WCPEC (Совместная конференция PVSC, PVSEC и PSEC) . 2 . п. 1843. DOI : 10,1109 / WCPEC.1994.520724 . ISBN 978-0-7803-1460-3. S2CID 136718230 .

[a6-39] Ямагути, М; Такамото, Т; Араки, К; Экинсдаукс, Н. (2005). «Многопереходные солнечные элементы III – V: текущее состояние и будущий потенциал». Солнечная энергия . 79 (1): 78–85. Bibcode : 2005SoEn ... 79 ... 78Y . DOI : 10.1016 / j.solener.2004.09.018 .

[40] Тянь, Сюэюй; Стрэнкс, Сэмюэл Д .; Ты, Фэнци (июль 2020 г.). «Использование энергии в течение жизненного цикла и экологические последствия высокопроизводительных тандемных солнечных элементов на основе перовскита» . Наука продвигается . 6 (31): eabb0055. Bibcode : 2020SciA .... 6B..55T . DOI : 10.1126 / sciadv.abb0055 . ISSN 2375-2548 . PMC 7399695 . PMID 32789177 .

[a4-41] «Влияние спектральных эффектов на электрические параметры многопереходных аморфных кремниевых элементов» (PDF) . DOI : 10,1109 / WCPEC.2003.1306273 (неактивный 2021-01-17). Cite journal requires |journal= (help)CS1 maint: DOI inactive as of January 2021 (link)

[42] Луке & Хегедуш 2003 , стр. 61далее

[a5-43] Луке & Хегедуш 2003 , стр. 449далее

[cnet-44] Майкл Kanellos, "Солнечные разрывы клеток эффективность записи" , CNET News , 6 декабря 2006

[45] "Солнечные элементы NREL устанавливают мировой рекорд эффективности на уровне 40,8 процента". Архивировано 17сентября 2008 г.в Wayback Machine , Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии, 13 августа 2008 г.

[46] Буллис, Кевин (2014-06-09). "Высокоэффективные солнечные элементы по цене обычных | Обзор технологий Массачусетского технологического института" . Technologyreview.com . Проверено 17 августа 2014 .

[47] Альбуфласа, H; Gottschalg, R; Беттс, Т. (2007). «Моделирование влияния различных спектров на многопереходные солнечные элементы A-SI». Опреснение . 209 (1–3): 78–85. DOI : 10.1016 / j.desal.2007.04.012 .

[48] С. Жанг, Ж. Gwamuri, Р. Эндрюс, и Дж.М. Пирс, (2014). Дизайн многопереходных фотоэлектрических элементов, оптимизированных для различных атмосферных условий, Международный журнал фотоэнергетики , 514962, стр. 1-7. открытый доступ

[49] Д. Крисп; А. Патхареб; RC Ewell (2004). «Производительность солнечных элементов из арсенида галлия / германия на поверхности Марса». Прогресс в фотогальванике: исследования и приложения . 54 (2): 83–101. Bibcode : 2004AcAau..54 ... 83C . DOI : 10.1016 / S0094-5765 (02) 00287-4 .

[50] Луке & Хегедуш 2003 , стр. 414далее

[1]