Многопереходный солнечный элемент

Испытание черным светом солнечных элементов на арсениде галлия с тройным переходом компании Dawn ^[1]

Солнечная энергетическая ячейка с множеством запрещенных зон из разных материалов

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

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

По состоянию на 2024 год лучшие лабораторные образцы традиционных солнечных элементов из кристаллического кремния (c-Si) имели эффективность до 27,1% ^[4] , в то время как лабораторные образцы многопереходных элементов продемонстрировали эффективность более 46% при концентрированном солнечном свете. ^{[5] [6] [7]} Коммерческие примеры тандемных ячеек широко доступны при 30% при освещении одним солнцем, ^{[8] [9]} и улучшаются примерно до 40% при концентрированном солнечном свете. Однако эта эффективность достигается за счет увеличения сложности и стоимости производства. На сегодняшний день их более высокая цена и более высокое соотношение цены и качества ограничивают их использование специальными функциями, особенно в аэрокосмической отрасли , где желательно высокое соотношение мощности к весу . В наземных приложениях эти солнечные элементы появляются в фотоэлектрических концентраторах (CPV), но не могут конкурировать с солнечными панелями с одним переходом, если не требуется более высокая плотность мощности. ^[10]

Методы тандемного изготовления использовались для улучшения характеристик существующих конструкций. В частности, эта технология может быть применена для более дешевых тонкопленочных солнечных элементов с использованием аморфного кремния , 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 в настоящее время эти продукты ограничены определенными нишевыми функциями, такими как кровельные материалы.

Описание

Основы солнечных батарей

Рисунок A. Зонная диаграмма 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 в верхней части ячейки, создавая pn-переход с определенной энергией запрещенной зоны E _g .

Фотоны , попадающие на верхнюю часть солнечного элемента, либо отражаются, либо передаются в ячейку. Передаваемые фотоны потенциально могут отдать свою энергию hν электрону , если hν ≥ Eg , образуя пару электрон - _дырка . ^[13] В обедненной области дрейфовое электрическое поле E _дрейф ускоряет как электроны, так и дырки по направлению 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 _scatt ускоряет дырки (электроны) в сторону p-легированной (n-легированной) области, что дает рассеивающий фототок I _pscatt ( I _nscatt ). Следовательно, вследствие накопления зарядов _{появляются} потенциал V и фототок Iф . 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 сдвигом характеристик СП диода в темноте вниз _на Iф . Поскольку солнечные элементы предназначены для подачи энергии, а не для ее поглощения, мощность P = VI _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 | П |. ^[14]

Механизмы потерь

Предел Шокли – Квайсера для эффективности однопереходного солнечного элемента. Практически невозможно, чтобы однопереходный солнечный элемент под неконцентрированным солнечным светом имел эффективность более ~34%. Однако многопереходная ячейка может превысить этот предел.

Теоретические характеристики солнечного элемента были впервые подробно изучены в 1960-х годах и сегодня известны как предел Шокли-Кейссера . Этот предел описывает несколько механизмов потерь, присущих любой конструкции солнечного элемента.

Первые - это потери из-за излучения черного тела , механизма потерь, который затрагивает любой материальный объект при температуре выше абсолютного нуля . В случае солнечных элементов при стандартной температуре и давлении эти потери составляют около 7% мощности. Второй — это эффект, известный как «рекомбинация», когда электроны , созданные в результате фотоэлектрического эффекта, встречаются с электронными дырками , оставшимися от предыдущих возбуждений. В кремнии на это приходится еще 10% мощности.

Однако доминирующим механизмом потерь является неспособность солнечного элемента извлечь всю мощность света и связанная с этим проблема, заключающаяся в том, что он вообще не может извлечь никакой энергии из определенных фотонов. Это связано с тем, что у фотонов должно быть достаточно энергии, чтобы преодолеть запрещенную зону материала.

Если энергия фотона меньше ширины запрещенной зоны, он вообще не собирается. Это важный момент для обычных солнечных элементов, которые не чувствительны к большей части инфракрасного спектра, хотя на него приходится почти половина энергии, исходящей от Солнца. И наоборот, фотоны с большей энергией, чем ширина запрещенной зоны, например синий свет, первоначально выбрасывают электрон в состояние, расположенное выше запрещенной зоны, но эта дополнительная энергия теряется в результате столкновений в процессе, известном как «релаксация». Эта потерянная энергия превращается в тепло в ячейке, что приводит к дальнейшему увеличению потерь черного тела. ^[15]

С учетом всех этих факторов максимальный КПД однозонного материала, такого как обычные кремниевые элементы, составляет около 34%. То есть 66% энергии солнечного света, попадающего на клетку, будет потеряно. Практические соображения еще больше уменьшают это влияние, особенно отражение от передней поверхности или металлических клемм: современные высококачественные элементы составляют около 22%.

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

Многопереходные ячейки

Ячейки, изготовленные из нескольких слоев материала, могут иметь несколько запрещенных зон и поэтому будут реагировать на несколько длин волн света, захватывая и преобразуя часть энергии, которая в противном случае была бы потеряна на релаксацию, как описано выше.

Например, если у кого-то есть ячейка с двумя запрещенными зонами, одна настроена на красный свет, а другая на зеленый, то дополнительная энергия зеленого, голубого и синего света будет потеряна только на ширину запрещенной зоны материала, чувствительного к зеленому. в то время как энергия красного, желтого и оранжевого цветов будет потеряна только из-за ширины запрещенной зоны материала, чувствительного к красному цвету. После анализа, аналогичного анализу, проведенному для однозонных устройств, можно продемонстрировать, что идеальная ширина запрещенной зоны для двухзонного устройства составляет 0,77  эВ и 1,70  эВ. ^[16]

Удобно, что свет определенной длины волны не сильно взаимодействует с материалами с большей запрещенной зоной. Это означает, что вы можете создать многопереходную ячейку, наслаивая различные материалы друг на друга, при этом самые короткие длины волн (наибольшая запрещенная зона) будут располагаться «сверху» и увеличиваться по телу ячейки. Поскольку фотоны должны пройти через ячейку, чтобы достичь нужного 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 тыльного поверхностного поля (BSF), оконные слои, туннельные переходы, просветляющее покрытие и металлические контакты. (б) График зависимости спектральной освещенности E 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 тандемной ячейки — непростая задача, во многом из-за тонкости материалов и трудностей вывода тока между слоями. Простое решение — использовать два механически отдельных тонкопленочных солнечных элемента , а затем соединить их отдельно снаружи элемента. Этот метод широко используется в солнечных элементах из аморфного кремния . В продуктах Uni-Solar используются три таких слоя, что позволяет достичь эффективности около 9%. Лабораторные примеры с использованием более экзотических тонкопленочных материалов продемонстрировали эффективность более 30%. ^[17]

Более сложным решением является «монолитно интегрированная» ячейка, в которой ячейка состоит из нескольких слоев, которые механически и электрически связаны. Эти ячейки гораздо сложнее производить, поскольку электрические характеристики каждого слоя должны быть тщательно подобраны. В частности, фототок, генерируемый в каждом слое, должен быть согласован, иначе электроны будут поглощаться между слоями. Это ограничивает их конструкцию определенными материалами, лучше всего подходящими для полупроводников III – V. ^[17]

Выбор материала

Выбор материалов для каждой субъячейки определяется требованиями к согласованию решетки, согласованию тока и высоким характеристикам оптоэлектронных свойств.

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

Поскольку каждая субъячейка электрически соединена последовательно, через каждое соединение протекает одинаковый ток. Материалы упорядочиваются с уменьшением ширины запрещенной зоны E g _, что позволяет свету подзоны ( hc / λ < eE _g ) передаваться в нижние подэлементы. Следовательно, подходящие ширины запрещенной зоны должны выбираться так, чтобы расчетный спектр уравновешивал генерацию тока в каждой из подъячеек, обеспечивая согласование токов. На рисунке C(b) показана спектральная освещенность 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 использования материалов с высокими коэффициентами поглощения α(λ), большим временем жизни неосновных носителей τ _{меньшинства} и высокими подвижностями µ. ^[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 подэлемента ( E _g = 0,67  эВ). Использование Ge в основном связано с его постоянной решетки, надежностью, низкой стоимостью, распространенностью и простотой производства.

Поскольку различные слои точно совпадают по решетке, при изготовлении устройства обычно используется химическое осаждение из паровой фазы (MOCVD). Этот метод предпочтительнее молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), поскольку он обеспечивает высокое качество кристаллов и крупномасштабное производство. ^[14]

Конструктивные элементы

Металлические контакты

Металлические контакты представляют собой электроды с низким сопротивлением , которые контактируют с полупроводниковыми слоями. Они часто алюминиевые . Это обеспечивает электрическое соединение с нагрузкой или другими частями массива солнечных батарей. Обычно они находятся на двух сторонах клетки. И важно располагаться на задней стороне, чтобы уменьшить затенение на освещаемой поверхности.

Антибликовое покрытие

В случае солнечных элементов MJ антибликовое (AR) покрытие обычно состоит из нескольких слоев. Верхний слой AR обычно имеет текстуру поверхности NaOH с несколькими пирамидами , чтобы увеличить коэффициент пропускания T , улавливание 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 таким образом, чтобы получить деструктивные помехи. Поэтому коэффициент отражения R снижается 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 противоположную фазу для отраженных полей. ^[19] С другой стороны, толщина каждого слоя AR также выбирается так, чтобы минимизировать коэффициент отражения на длинах волн, для которых фототок является самым низким. Следовательно, это максимизирует J _SC за счет согласования токов трех субэлементов. ^[20] Например, поскольку ток, генерируемый нижней ячейкой, больше, чем токи, генерируемые другими ячейками, толщина слоев AR регулируется таким образом, что инфракрасное (ИК) пропускание (которое соответствует нижней ячейке) ухудшается. в то время как передача ультрафиолета (которая соответствует верхней ячейке) улучшается. В частности, просветляющее покрытие очень важно при низких длинах волн, поскольку без него T сильно снизилась бы до 70%. ${\displaystyle n_{\text{L2}}=n_{\text{AlInP}}^{\frac {1}{2}}n_{\text{L1}}}$

Туннельные развязки

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

Основная цель туннельных переходов — обеспечить низкое электрическое сопротивление и соединение с малыми оптическими потерями между двумя субэлементами. ^[21] Без него p-легированная область верхней ячейки была бы напрямую связана с n-легированной областью средней ячейки. Следовательно, между верхней ячейкой и средней ячейкой появится pn-переход с направлением, противоположным остальным. Следовательно, фотонапряжение было бы ниже, чем если бы паразитного диода не было . Чтобы уменьшить этот эффект, используется туннельный переход. ^[22] Это просто широкозонный сильнолегированный диод. Высокое легирование уменьшает длину области обеднения, поскольку

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

Следовательно, электроны могут легко туннелировать через область обеднения. Характеристика JV туннельного перехода очень важна, поскольку она объясняет, почему туннельные переходы можно использовать для создания соединения с низким электрическим сопротивлением между двумя pn-переходами. На рисунке D показаны три различные области: туннельная область, 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 равнялась энергетическим состояниям, доступным по другую сторону барьера. Следовательно, плотность тока через туннельный переход высока (с максимальным значением пиковая плотность тока), и поэтому наклон вблизи начала координат крутой. Тогда сопротивление крайне мало и, следовательно, 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. Поэтому плотность тока уменьшается и дифференциальное сопротивление становится отрицательным. Последняя область, называемая областью термодиффузии, соответствует СП-характеристике обычного диода: ${\displaystyle J_{P}}$

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

Чтобы избежать снижения производительности солнечных элементов MJ, туннельные переходы должны быть прозрачными для длин волн, поглощаемых следующим фотоэлектрическим элементом, средним элементом, т. е. E _gTunnel > E _gMiddleCell .

Слой окна и поле задней поверхности

Рисунок E: (а) Слои и зонная диаграмма оконного слоя. Поверхностная рекомбинация снижается. (б) Слои и зонная диаграмма слоя BSF. Рассеяние носителей уменьшается.

Слой окна используется для уменьшения скорости поверхностной рекомбинации S. Аналогичным образом, слой поля задней поверхности (BSF) уменьшает рассеяние носителей заряда в направлении туннельного перехода. Структура этих двух слоев одинакова: это гетеропереход , захватывающий электроны (дырки). Действительно, несмотря на электрическое поле E _d , они не могут перепрыгнуть через барьер, образованный гетеропереходом, потому что им не хватает энергии, как показано на рисунке E. Следовательно, электроны (дырки) не могут рекомбинировать с дырками (электронами) и не могут диффундировать. через барьер. Кстати, слои окна и BSF должны быть прозрачны для длин волн, поглощаемых следующим pn-переходом; т. е. E _gWindow > E _gEmitter и 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

В стопке из двух ячеек, где не происходит радиационной связи и где каждая из ячеек имеет JV -характеристику, определяемую уравнением диода, JV -характеристика пакета определяется выражением ^[25]

${\displaystyle J={\frac {1}{2}}\left(J_{\text{SC,1}}+J_{\text{SC,2}}\right)-{\sqrt {{\frac {1}{4}}{\Delta J_{\text{SC}}}^{2}+J_{0}^{2}\mathrm {e} ^{\frac {qV}{kT}}}},}$

где и — токи короткого замыкания отдельных ячеек в стопке, — разница между этими токами короткого замыкания и — произведение токов тепловой рекомбинации двух ячеек. Обратите внимание , что значения, введенные как для токов короткого замыкания, так и для токов тепловой рекомбинации, являются значениями, измеренными или рассчитанными для ячеек, когда они помещены в многопереходный пакет (а не значения, измеренные для ячеек с одним переходом соответствующих типов ячеек). для двух идеальных (работающих на радиационном пределе) ячеек, которым разрешено обмениваться люминесценцией и, таким образом, радиационно связанных, определяется выражением ^[25] ${\displaystyle J_{\text{SC,1}}}$ ${\displaystyle J_{\text{SC,2}}}$ ${\displaystyle \Delta J_{\text{SC}}}$ ${\displaystyle J_{0}^{2}=J_{\mathrm {0,1} }J_{\mathrm {0,2} }}$

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

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

Для достижения максимальной эффективности каждая подъячейка должна работать с оптимальными параметрами JV, которые не обязательно одинаковы для каждой подячейки. Если они разные, общий ток через солнечный элемент будет наименьшим из трех. По аппроксимации ^[26] это приводит к такому же соотношению для тока короткого замыкания солнечного элемента MJ: J _SC = min( J _SC1 , J _SC2 , J _SC3 ), где J _{SC i} (λ) — ток короткого замыкания плотность тока на заданной длине волны λ для ячейки i .

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

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

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

${\displaystyle QE_{i}(\lambda )=1-e^{-\alpha (\lambda )d_{i}}}$где d _i — толщина субъячейки i и процент падающего света, который не поглощается субъячейкой i . ${\displaystyle e^{-\alpha (\lambda )d_{i}}}$

Аналогично, потому что

${\displaystyle V=\sum _{i=1}^{3}V_{i}}$, можно использовать следующее приближение: . ${\displaystyle V_{\text{OC}}=\sum _{i=1}^{3}V_{{\text{OC}}i}}$

Тогда значения определяются уравнением диода СП: ${\displaystyle V_{{\text{OC}}i}}$

${\displaystyle J_{i}=J_{0i}\left(e^{\frac {qV_{i}}{kT}}-1\right)-J_{{\text{SC}}i}\Rightarrow V_{{\text{OC}}i}\approx {\frac {kT}{q}}\ln \left({\frac {J_{{\text{SC}}i}}{J_{0i}}}\right)}$

Теоретическая предельная эффективность

Мы можем оценить предельную эффективность идеальных бесконечных многопереходных солнечных элементов, используя графический анализ квантовой эффективности (QE), изобретенный CH Генри. ^[28] Чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами метода Генри, единицу спектральной освещенности AM1,5 следует преобразовать в единицу потока фотонов (т.е. число фотонов/м ² ·с). Для этого необходимо осуществить преобразование промежуточных единиц мощности электромагнитного излучения, падающего на единицу площади на энергию фотона, в поток фотонов на энергию фотона (т.е. из [Вт/м ² ·эВ] в [число фотонов/м ² ·с·эВ]). Для этого преобразования промежуточных единиц необходимо учитывать следующие моменты: Фотон имеет определенную энергию, которая определяется следующим образом.

(1): E _ph = hf = 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, d n _ph /d h ν, относительно определенной освещенности E [Вт/м ² ·эВ] можно рассчитать следующим образом.

(2): = E [Вт/м ² ∙эВ] × λ [нм]/(1,998×10 ⁻²⁵ [Дж∙с∙м/с]) = E λ × 5,03×10 ¹⁵ [(число фотонов )/м ² ∙с∙эВ] ${\displaystyle {\frac {dn_{\text{ph}}}{dhv}}={\frac {E}{E_{\text{ph}}}}={\frac {E}{\frac {hc}{\lambda }}}\,}$

В результате этого преобразования промежуточных единиц спектральная освещенность AM1.5 выражается в единицах потока фотонов на энергию фотона, [№. фотонов/м ² ·с·эВ], как показано на рисунке 1.

• 
  Рисунок 1. Поток фотонов на энергию фотонов из стандартного спектра солнечной энергии (АМ 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 трапеций следующим образом.

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

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

• 
  Рисунок 2. Поток фотонов из стандартного спектра солнечной энергии (АМ 1,5).

Данные о потоке фотонов в диапазоне малых энергий фотонов 0–0,3096 эВ отсутствуют,  поскольку стандартный (AM1,5) спектр солнечной энергии для h ν < 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 энергию запрещенной зоны, 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 сначала оценить плотность радиационного тока J _рад . Согласно методу Шокли и Кейсера, ^[29]

Дж _рад можно аппроксимировать следующим образом.

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

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

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

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

Плотность тока, поступающего в нагрузку, представляет собой разницу плотностей тока поглощенного солнечного и теплового излучения и плотности тока излучения, испускаемого верхней поверхностью или поглощаемого подложкой. Определив J _ph = en _ph , мы 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 можно показать путем оценки приведенного выше J _-го уравнения. Поэтому мы пренебрегаем этим термином для упрощения дальнейшего обсуждения. Тогда мы можем выразить J следующим образом.

(8): ${\displaystyle J=en_{\text{ph}}-A\exp \left({\frac {eV-E_{\text{g}}}{kT}}\right)\,}$

Напряжение холостого хода находится путем установки J = 0.

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

_Точка максимальной мощности ( Джм , Вм ₎ находится путем задания производной . Известный результат этого расчета: ${\displaystyle {\frac {dJV}{dV}}\,=0}$

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

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

Наконец, максимальная работа ( Вт _·м ), совершаемая одним поглощенным фотоном, (Вт) определяется выражением

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

Объединив последние три уравнения, имеем

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

Используя приведенное выше уравнение, W _m (красная линия) отображается на рисунке 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 в полной мере использовать графический анализ количественного смягчения Генри, принимая во внимание две основные потери эффективности солнечных элементов. Двумя основными внутренними потерями являются излучательная рекомбинация и неспособность однопереходных солнечных элементов должным образом соответствовать широкому спектру солнечной энергии. Заштрихованная область под красной линией представляет максимальную работу, совершаемую идеальными бесконечными многопереходными солнечными элементами. Следовательно, предельная эффективность идеальных бесконечных многопереходных солнечных элементов оценивается в 68,8% путем сравнения заштрихованной площади, определяемой красной линией, с общей площадью потока фотонов, определенной черной линией. (Поэтому 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 небольшое разрыв между оценочной стоимостью в этом отчете и литературными значениями. Эта небольшая разница, скорее всего, связана с разными способами аппроксимации потока фотонов в диапазоне 0–0,3096  эВ. Здесь мы аппроксимировали поток фотонов 0–0,3096  эВ таким же, как поток фотонов при 0,31  эВ.

Материалы

В большинстве многопереходных элементов, которые производятся на сегодняшний день, используются 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 настроить на определенные частоты, что привело к тому, что большинство из них изготовлено из соединений арсенида галлия (GaAs), часто германия для нижнего уровня, GaAs для среднего и GaInP ₂ для верхней ячейки.

Подложка из арсенида галлия

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

Германиевая подложка

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 германиевых пластинах. Ранние ячейки использовали прямой арсенид галлия в среднем соединении. Более поздние ячейки использовали In _0,015 Ga _0,985 As из-за лучшего соответствия решетки Ge, что приводило к более низкой плотности дефектов. ^{[ нужна цитата ]}

Из-за огромной разницы в запрещенной зоне между GaAs (1,42  эВ) и Ge (0,66  эВ) согласование токов очень плохое, при этом переход Ge работает со значительным ограничением тока. ^{[ нужна цитата ]}

Текущая эффективность коммерческих ячеек InGaP/GaAs/Ge приближается к 40% при концентрированном солнечном свете. ^{[32] [33]} Лабораторные ячейки (частично использующие дополнительные соединения между соединениями GaAs и Ge) продемонстрировали эффективность выше 40%. ^[34]

Подложка из фосфида индия

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

Элементы на основе фосфида индия могут работать в тандеме с элементами из арсенида галлия. Две ячейки могут быть оптически соединены последовательно (ячейка InP находится под ячейкой GaAs) или параллельно за счет разделения спектра с помощью дихроичного фильтра . ^{[ нужна цитата ]}

Подложка из нитрида индия-галлия

Нитрид индия-галлия (InGaN) представляет собой полупроводниковый материал, изготовленный из смеси нитрида галлия (GaN) и нитрида индия (InN). Это тройной прямозонный полупроводник группы III – V. Его запрещенную зону можно регулировать, варьируя 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 запрещенной зоной, все еще недостаточно высока, чтобы быть конкурентоспособной на рынке. ^{[36] [37]}

Улучшения производительности

Состав

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 меньшую туннельную дистанцию. Действительно, в гетероструктуре, образованной GaAsSb и InGaAs , валентная зона GaAsSb находится выше валентной зоны прилегающего p-легированного слоя. ^[22] Следовательно, туннельное расстояние d _{туннель} уменьшается и туннельный ток, который экспоненциально зависит от d _{туннель} , увеличивается. Следовательно, напряжение ниже, чем у туннельного перехода InGaP. Туннельные диоды с гетеропереходом GaAsSb обладают и другими преимуществами. Тот же ток может быть достигнут при использовании меньшего легирования. ^[38] Во-вторых, поскольку постоянная решетки у GaAsSb больше, чем у Ge, можно использовать более широкий диапазон материалов для нижней ячейки, поскольку больше материалов согласованы 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 постоянной решетки разных слоев. ^[39] Без этого существует около 0,08 процента несоответствий между слоями, что снижает производительность. Добавление алюминия в верхнюю ячейку увеличивает ее запрещенную зону до 1,96  эВ, ^[39] охватывая большую часть солнечного спектра и получая более высокое напряжение холостого хода V _OC .

Теоретический КПД солнечных элементов MJ составляет 86,8% для бесконечного числа pn-переходов, ^[14] подразумевая, что большее количество переходов увеличивает эффективность. Максимальный теоретический КПД составляет 37, 50, 56, 72% для 1, 2, 3, 36 дополнительных pn-переходов соответственно, при этом количество переходов увеличивается экспоненциально для достижения одинакового приращения эффективности. ^[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] Преимущество InGaP обусловлено его высоким коэффициентом рассеяния и низкой растворимостью в Ge.

В настоящее время существует несколько коммерческих (неперовскитных) многопереходных технологий, включая тандемы, а также модули с тройным и четверным переходом, в которых обычно используются полупроводники III – V, с многообещающей эффективностью преобразования энергии, которая конкурирует и даже превосходит эталонные кремниевые солнечные элементы. ^{[40] [41]}

Спектральные вариации

Солнечный спектр на поверхности Земли постоянно меняется в зависимости от погоды и положения Солнца. Это приводит к изменению φ(λ), QE (λ), α(λ) и, следовательно, токов короткого замыкания J _{SC i} . В результате плотности тока J _i не обязательно совпадают, и общий ток становится меньше. Эти изменения можно определить количественно, используя среднюю энергию фотонов (APE), которая представляет собой соотношение между спектральной освещенностью G (λ) (плотностью мощности источника света на определенной длине волны λ) и общей плотностью потока фотонов. Можно показать, что высокое (низкое) значение APE означает низкие (высокие) спектральные условия для длин волн и более высокий (меньший) КПД. ^[42] Таким образом, APE является хорошим индикатором для количественной оценки влияния изменений солнечного спектра на характеристики и имеет дополнительное преимущество, заключающееся в независимости от структуры устройства и профиля поглощения устройства. ^[42]

Использование концентраторов света

Концентраторы света повышают эффективность и снижают соотношение затрат и эффективности. Три типа используемых концентраторов света — это преломляющие линзы, такие как линзы Френеля , отражающие антенны (параболические или кассегреновые) и световодная оптика . Благодаря этим устройствам свет, попадающий на большую поверхность, может быть сконцентрирован на клетке меньшего размера. Коэффициент концентрации интенсивности (или «солнца») представляет собой среднюю интенсивность сфокусированного света, деленную на 1 кВт/м ² (разумное значение, связанное с солнечной постоянной ). Если его значение равно X , то ток МДж становится на X выше при концентрированном освещении. ^{[43] [44]}

Использование концентраций порядка 500–1000, что означает, что ячейка площадью 1 см ² может использовать свет, собранный с площади 0,1  м ² (поскольку 1  м ² равен 10000 см ² ), дает самую высокую эффективность, наблюдаемую на сегодняшний день. Трехслойные ячейки принципиально ограничены 63%, но существующие коммерческие прототипы уже продемонстрировали более 40%. ^{[45] [46]} Эти элементы обеспечивают около 2/3 своей теоретической максимальной производительности, поэтому, если предположить, что то же самое верно и для неконцентрированной версии той же конструкции, можно было бы ожидать, что трехслойный элемент будет иметь эффективность 30%. Этого преимущества перед традиционными кремниевыми конструкциями недостаточно, чтобы компенсировать дополнительные производственные затраты. По этой причине почти все исследования многопереходных ячеек для наземного использования посвящены системам концентраторов, обычно использующим зеркала или линзы Френеля.

Использование концентратора также имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что количество ячеек, необходимых для покрытия заданной площади земли, значительно сокращается. Обычная система, покрывающая 1  м ² , потребует 625 ячеек по 16 см ² , но для системы концентратора требуется 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 недостатком подхода с концентратором является то, что эффективность очень быстро падает при более низком освещении. Чтобы максимизировать свое преимущество перед традиционными элементами и, таким образом, быть конкурентоспособными по цене, система концентратора должна отслеживать движение солнца, чтобы фокусировать свет на элементе и поддерживать максимальную эффективность как можно дольше. Для этого требуется система солнечного слежения , которая увеличивает урожайность, но также и стоимость.

Изготовление

По состоянию на 2014 год производство многопереходных ячеек было дорогостоящим, с использованием технологий, аналогичных производству полупроводниковых устройств , обычно это газофазная эпитаксия из металлорганических соединений , но с размерами «чипов» порядка сантиметров.

В том же году было объявлено о новой технологии, которая позволила в таких элементах использовать подложку из стекла или стали, более дешевые пары в меньших количествах, что, как утверждалось, обеспечивает конкурентоспособную стоимость по сравнению с обычными кремниевыми элементами. ^[47]

Сравнение с другими технологиями

Существует четыре основные 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 , содержит технологии, которые все еще находятся на стадии исследований или разработок и не перечислены в таблице ниже.

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 для улавливания большего энергетического спектра фотонов, в то время как основным свойством тонкопленочного солнечного элемента является использование тонких пленок вместо толстых слоев для уменьшения Коэффициент эффективности затрат. По состоянию на 2010 год ^[update]солнечные панели MJ стоят дороже других. Эти различия подразумевают разные области применения: солнечные элементы MJ предпочтительнее в космосе, а солнечные элементы c-Si — для наземных применений.

График эффективности солнечных батарей с течением времени от Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии .

Эффективность солнечных элементов и кремниевой солнечной технологии относительно стабильна, в то время как эффективность солнечных модулей и многопереходной технологии растет. ^{[ нужна цитата ]}

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

Следовательно, производительность солнечных элементов MJ на открытом воздухе уступает показателям, достигнутым в лаборатории. Более того, солнечные элементы MJ сконструированы таким образом, что токи согласовываются при STC, но не обязательно в полевых условиях. ^{[ нужна цитация ]} Можно использовать QE (λ) для сравнения производительности различных технологий, но QE (λ) не содержит информации о согласовании токов субячеек. Важным альтернативным показателем сравнения является выходная мощность на единицу площади, генерируемая при том же падающем свете. ^{[ нужна цитата ]}

Приложения

По состоянию на 2010 год стоимость солнечных элементов MJ была слишком высока, чтобы их можно было использовать за пределами специализированных приложений. Высокая стоимость обусловлена, главным образом, сложной конструкцией и дороговизной материалов. Тем не менее, при наличии концентраторов света при освещении не менее 400 солнц солнечные панели MJ становятся практичными. ^[24]

По мере того, как становятся доступными менее дорогие многопереходные материалы, другие применения включают разработку запрещенной зоны для микроклимата с различными атмосферными условиями. ^[49]

Клетки MJ в настоящее время используются в миссиях марсоходов . ^[50]

Окружающая среда в космосе совсем другая. Поскольку атмосферы нет, солнечный спектр другой (AM0). Ячейки имеют плохое согласование тока из-за большего потока фотонов с энергией выше 1,87  эВ по сравнению с фотонами с энергией от 1,87  до 1,42  эВ. Это приводит к слишком малому току в переходе GaAs и снижает общую эффективность, поскольку переход InGaP работает при токе ниже MPP, а переход GaAs работает при токе выше MPP. Чтобы улучшить согласование токов, слой InGaP намеренно утончен, чтобы позволить дополнительным фотонам проникнуть в нижний слой GaAs. ^{[ нужна цитата ]}

В наземных концентрирующих приложениях рассеяние синего света атмосферой снижает поток фотонов выше 1,87  эВ, лучше балансируя токи перехода. Частицы радиации, которые больше не фильтруются, могут повредить клетку. Существует два вида повреждений: ионизация и атомное смещение. ^[51] Тем не менее, ячейки MJ обеспечивают более высокую радиационную стойкость, более высокую эффективность и более низкий температурный коэффициент. ^[24]

Смотрите также

• Портал возобновляемой энергетики
• Энергетический портал

• Список полупроводниковых материалов
• Фотоэлектрический концентратор (CVP)
• Органический фотоэлектрический элемент
• PIN-диод
• Микроморф (тандемная ячейка a-Si/μc-Si)

Рекомендации

1. "Солнечные батареи Dawn". Голландский космос. 2007 . Проверено 18 июля 2011 г.
2. Рюле, Свен (08 февраля 2016 г.). «Табличные значения предела Шокли – Кейссера для однопереходных солнечных элементов». Солнечная энергия . 130 : 139–147. Бибкод : 2016SoEn..130..139R. doi :10.1016/j.solener.2016.02.015.
3. Грин, Мартин А. (2003). Фотоэлектрическая энергия третьего поколения: усовершенствованное преобразование солнечной энергии . Спрингер. п. 65.
4. "Лучшая диаграмма эффективности исследовательских ячеек" . Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. Архивировано из оригинала 14 марта 2023 года . Проверено 28 марта 2023 г.
5. Димрот, Фрэнк (2016). «Четырехпереходные солнечные элементы-концентратор на пластинах». Журнал IEEE по фотоэлектрической энергии . 6 : 343–349. дои : 10.1109/jphotov.2015.2501729. S2CID  47576267.
6. «Солнечная станция побивает мировой рекорд по концентрации солнечной энергии с эффективностью 43,5%» . Cnet.com.
7. Шахан, Закари (31 мая 2012 г.). «Рекорд эффективности солнечных элементов концентратора Sharp Hits, 43,5%» . ЧистаяТехника .
8. «КПД 30,2 процента - новый рекорд для многопереходных солнечных элементов на основе кремния» . Фраунгофера ИСЭ. 09.11.2016 . Проверено 15 ноября 2016 г.
9. "ZTJ Space Solar Cell". Архивировано 28 сентября 2011 г. в Wayback Machine , emcore.
10. «Концентрация фотоэлектрических технологий». Архивировано 22 августа 2011 г. в Wayback Machine , NREL.
11. "Производство солнечной энергии", Uni-Solar
12. Р.Деламар, О.Бултил, Д.Фландр, Преобразование люмьера/электрицита: фундаментальные понятия и примеры исследований
13. «Основные фотоэлектрические принципы и методы», Отдел технической информации, Научно-исследовательский институт солнечной энергии (1982)
14. Н.В.Ястребова (2007). Высокоэффективные многопереходные солнечные элементы: текущий статус и будущий потенциал (PDF) .
15. Грин, Массачусетс (2003). Фотовольтаика третьего поколения . Спрингер-Верлаг. ISBN 978-3-540-26562-7.
16. Грин, Мартин (11 июля 2003 г.). Фотоэлектрические системы третьего поколения: усовершенствованное преобразование солнечной энергии . Спрингер. п. 61. ИСБН 978-3-540-40137-7.
17. «Тандемные ячейки». www.superstrate.net .
18. Майлз, Р. (2006). «Фотоэлектрические солнечные элементы: выбор материалов и методов производства». Вакуум . 80 (10): 1090–1097. Бибкод : 2006Vacuu..80.1090M. doi :10.1016/j.vacuum.2006.01.006.
19. Стрелке, С; Бастид, С; Гийе, Дж; Левиклемент, К. (2000). «Проектирование пористых кремниевых просветляющих покрытий для кремниевых солнечных элементов». Материаловедение и инженерия Б . 69–70: 81–86. дои : 10.1016/S0921-5107(99)00272-X.
20. Дэниел Дж. Эйкен (2000). «Разработка просветляющего покрытия для многопереходных, последовательно соединенных солнечных элементов» (PDF) . Прогресс в фотоэлектрической энергетике: исследования и приложения . 8 (6): 563–570. doi :10.1002/1099-159X(200011/12)8:6<563::AID-PIP327>3.0.CO;2-8. Архивировано из оригинала (PDF) 21 июля 2011 г.
21. Ямагучи, М; Такамото, Т; Араки, К. (2006). «Сверхвысокоэффективные многопереходные и концентраторные солнечные элементы». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы . 90 (18–19): 3068–3077. doi :10.1016/j.solmat.2006.06.028.
22. JFKlem, S.Park, JCZolper, Полупроводниковый туннельный переход с улучшающим слоем, патент США 5,679,963 (1997).
23. Дж. Ф. Уилдон; и другие. (2009). «Туннельный переход AlGaAs для высокоэффективных многопереходных солнечных элементов: моделирование и измерение работы в зависимости от температуры» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 17 ноября 2009 г.
24. Luque & Hegedus 2003, стр. 390 и далее
25. Страндберг, Руна (2020). «Аналитический подход к моделированию многопереходных солнечных элементов». Журнал IEEE по фотоэлектрической энергии . 10 (6): 1701–1711. arXiv : 2001.08553 . doi :10.1109/JPHOTOV.2020.3013974. S2CID  210860788.
26. Пехарц, Г.; Зифер, Г.; Бетт, AW (2009). «Простой метод количественной оценки спектрального воздействия на многопереходные солнечные элементы». Солнечная энергия . 83 (9): 1588–1598. Бибкод : 2009SoEn...83.1588P. doi :10.1016/j.solener.2009.05.009.
27. Лю, Лей; Чен, Нуофу; Бай, Имин; Цуй, Мин; Чжан, Хан; Гао, Фубао; Инь, Чжиган; Чжан, Синван (2008). «Квантовая эффективность и температурные коэффициенты солнечного элемента с двойным переходом GaInP / GaAs». Наука Китайские технологические науки . 52 (5): 1176–1180. дои : 10.1007/s11431-008-0203-9. S2CID  55197753.
28. Генри, CH (1980). «Ограничение эффективности идеальных наземных солнечных элементов с одиночным и множественным энергетическим зазором». Журнал прикладной физики . 51 (8): 4494. Бибкод : 1980JAP....51.4494H. дои : 10.1063/1.328272.
29. Шокли, В.; Квайсер, Х.А. (1961). «Подробный балансовый предел эффективности солнечных элементов с pn-переходом». Журнал прикладной физики . 32 (3): 510. Бибкод : 1961JAP....32..510S. дои : 10.1063/1.1736034.
30. Вос, AD (1980). «Детальный балансовый предел эффективности тандемных солнечных элементов». Журнал физики D: Прикладная физика . 13 (5): 839–846. Бибкод : 1980JPhD...13..839D. дои : 10.1088/0022-3727/13/5/018. S2CID  250782402.
31. Пэрротт, Дж. (1979). «Предельная эффективность многозазорного солнечного элемента с боковой подсветкой». Журнал физики D: Прикладная физика . 12 (3): 441–450. Бибкод : 1979JPhD...12..441P. дои : 10.1088/0022-3727/12/3/014. S2CID  250869484.
32. «Солнечные элементы CPV — Azurspace Power Solar GmbH» . Азурспейс . Проверено 17 августа 2014 г.
33. «Ведущий мировой поставщик составных полупроводников и осветительной продукции». Спектролаб. 2009 . Проверено 4 августа 2015 г.
34. Грин, Массачусетс; Эмери, К.; Хисикава, Ю.; Варта, В.; Данлоп, Эд (2012). «Таблицы эффективности солнечных батарей (версия 40)». Прогресс в фотоэлектрической энергетике: исследования и приложения . 20 (5): 606–14. дои : 10.1002/pip.2267. S2CID  93809051.
35. Куйкендалл, Т.; Ульрих, Филипп; Алони, Шауль; Ян, Пейдун (2007). «Полная композиционная перестройка нанопроволок InGaN с использованием комбинаторного подхода». Природные материалы . 6 (12): 951–956. Бибкод : 2007NatMa...6..951K. дои : 10.1038/nmat2037. ПМИД  17965718.
36. Маклафлин, DVP; Пирс, Дж. М. (2013). «Прогресс в области материалов из нитрида индия-галлия для преобразования солнечной фотоэлектрической энергии». Металлургические и сырьевые операции А . 44 (4): 1947–1954. Бибкод : 2013MMTA...44.1947M. дои : 10.1007/s11661-013-1622-1. S2CID  13952749.
37. Ям, ФК; Хасан, З. (2008). «InGaN: обзор кинетики роста, физических свойств и механизмов эмиссии». Сверхрешетки и микроструктуры . 43 (1): 1–23. Бибкод : 2008SuMi...43....1Y. doi :10.1016/j.spmi.2007.05.001.
38. Дж. К. Золпер; Плут; Тиггес; и другие. (1994). «Туннельные гетеропереходные диоды на основе GaAsSb для тандемных соединений солнечных элементов». Материалы 1-й Всемирной конференции IEEE по преобразованию фотоэлектрической энергии 1994 г. - WCPEC (Совместная конференция PVSC, PVSEC и PSEC). Том. 2. п. 1843. дои : 10.1109/WCPEC.1994.520724. ISBN 978-0-7803-1460-3. S2CID  136718230.
39. Ямагути, М; Такамото, Т; Араки, К; Экинсдаукс, Н. (2005). «Многопереходные солнечные элементы III – V: современное состояние и будущий потенциал». Солнечная энергия . 79 (1): 78–85. Бибкод : 2005SoEn...79...78Y. doi :10.1016/j.solener.2004.09.018.
40. Тянь, Сюэю; Стрэнкс, Сэмюэл Д.; Ты, Фэнци (июль 2020 г.). «Использование энергии в течение жизненного цикла и экологические последствия высокопроизводительных тандемных солнечных элементов на перовските». Достижения науки . 6 (31): eabb0055. doi : 10.1126/sciadv.abb0055. ISSN  2375-2548. ПМК 7399695 . ПМИД  32789177. 
41. Тянь, Сюэю; Стрэнкс, Сэмюэл Д.; Ты, Фэнци (24 июня 2021 г.). «Оценка жизненного цикла стратегий переработки перовскитных фотоэлектрических модулей» . Устойчивость природы . 4 (9): 821–829. дои : 10.1038/s41893-021-00737-z. ISSN  2398-9629. S2CID  235630649.
42. Влияние спектральных эффектов на электрические параметры многопереходных ячеек из аморфного кремния (PDF) . Университет Лафборо. Январь 2003 г. HDL : 2134/8216 . ISBN 9784990181604.
43. Luque & Hegedus 2003, стр. 61 и далее.
44. Luque & Hegedus 2003, стр. 449 и далее.
45. Майкл Канеллос, «Солнечная батарея бьет рекорд эффективности», CNET News , 6 декабря 2006 г.
46. «Солнечные элементы NREL устанавливают мировой рекорд эффективности на уровне 40,8 процента». Архивировано 17 сентября 2008 г. в Wayback Machine , Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии, 13 августа 2008 г.
47. Буллис, Кевин (9 июня 2014 г.). «Высокоэффективные солнечные элементы по цене обычных | Обзор технологий MIT». Technologyreview.com . Проверено 17 августа 2014 г.
48. Альбуфласа, Х; Готшалг, Р; 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.
49. К. Чжан, Дж. Гвамури, Р. Эндрюс и Дж. М. Пирс (2014). Проектирование многопереходных фотоэлектрических элементов, оптимизированных для различных атмосферных условий, Международный журнал фотоэнергетики , 514962, стр. 1-7. Открытый доступ.
50. Д. Крисп; А. Патареб; Р. К. Юэлл (2004). «Работа солнечных элементов из арсенида галлия и германия на поверхности Марса». Прогресс в фотоэлектрической энергетике: исследования и приложения . 54 (2): 83–101. Бибкод : 2004AcAau..54...83C. дои : 10.1016/S0094-5765(02)00287-4.
51. Luque & Hegedus 2003, стр. 414 и далее.

дальнейшее чтение

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

• Яррис, Линн (7 ноября 2011 г.). Исследования лаборатории Беркли привели к рекордной производительности солнечных батарей. Национальная лаборатория Лоуренса Беркли . Проверено 10 декабря 2011 г. Теоретические исследования ученых из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США (DOE) привели к рекордной эффективности преобразования солнечного света в электричество в солнечных элементах. {{cite book}}: |work=игнорируется ( помощь ) (перепечатано в журнале R&D Magazine)