Многопереходный солнечный элемент

Испытание солнечных элементов Dawn на основе арсенида галлия с тройным переходом в условиях черного света ^[1]

Солнечная батарея с несколькими запрещенными зонами из разных материалов

Многопереходные ( MJ ) солнечные элементы — это солнечные элементы с несколькими p–n-переходами, изготовленными из различных полупроводниковых материалов . P–n-переход каждого материала будет вырабатывать электрический ток в ответ на различные длины волн света . Использование нескольких полупроводниковых материалов позволяет поглощать более широкий диапазон длин волн, улучшая эффективность преобразования солнечного света в электрическую энергию элемента.

Традиционные однопереходные элементы имеют максимальную теоретическую эффективность 33,16%. ^[2] Теоретически бесконечное количество переходов будет иметь предельную эффективность 86,8% при высококонцентрированном солнечном свете. ^[3]

По состоянию на 2024 год лучшие лабораторные образцы традиционных кристаллических кремниевых (c-Si) солнечных элементов имели эффективность до 27,1% ^[4] , в то время как лабораторные образцы многопереходных элементов продемонстрировали производительность более 46% при концентрированном солнечном свете. ^{[5] [6] [7]} Коммерческие образцы тандемных элементов 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 производительности ограничили их использование специальными ролями, особенно в аэрокосмической отрасли , где желательно их высокое отношение мощности к весу . В наземных приложениях эти солнечные элементы появляются в концентраторной фотоэлектрической технике (CPV), но не могут конкурировать с однопереходными солнечными панелями, если не требуется более высокая плотность мощности. ^[10]

Методы тандемного изготовления использовались для улучшения производительности существующих конструкций. В частности, этот метод может быть применен к более дешевым тонкопленочным солнечным элементам 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 эти продукты в настоящее время ограничены определенными нишевыми ролями, такими как кровельные материалы.

Описание

Основы солнечных батарей

Рисунок A. Зонная диаграмма, иллюстрирующая фотогальванический эффект . 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 E _{дрейфом , что дает} фототок генерации , или E _scatt , что 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 элемента, создавая p–n-переход с определенной энергией запрещенной зоны , E _г .

Фотоны , которые попадают в верхнюю часть солнечной ячейки, либо отражаются, либо передаются в ячейку. Передаваемые фотоны имеют потенциал отдать свою энергию, hν , электрону , если hν ≥ E _g , генерируя пару электрон- дырка . ^[13] В области обеднения дрейфовое электрическое поле E _drift 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 сгенерированным фототоком . В квазинейтральной области рассеивающее электрическое поле E _scatt ускоряет дырки (электроны) по направлению к 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 путем сложения фототоков генерации и рассеяния: I _ph = I _g + I _nscatt + I _pscatt .

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

Механизмы потерь

Предел Шокли-Квайссера для эффективности однопереходного солнечного элемента. По сути, для однопереходного солнечного элемента при неконцентрированном солнечном свете невозможно иметь эффективность более ~34%. Однако многопереходный элемент может превзойти этот предел.

Теоретическая производительность солнечного элемента была впервые подробно изучена в 1960-х годах и сегодня известна как предел Шокли-Квайссера . Этот предел описывает несколько механизмов потерь, присущих любой конструкции солнечного элемента.

Первый — это потери из-за излучения черного тела , механизма потерь, который влияет на любой материальный объект 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 фотоэлектрическим эффектом, встречаются с электронными дырками , оставленными предыдущими возбуждениями. В кремнии это составляет еще 10% мощности.

Однако доминирующим механизмом потерь является неспособность солнечного элемента извлекать всю мощность из света , и связанная с этим проблема, что он вообще не может извлечь никакой мощности из определенных фотонов. Это связано с тем, что фотоны должны иметь достаточно энергии, чтобы преодолеть запрещенную зону материала.

Если фотон имеет энергию меньше, чем запрещенная зона, он вообще не собирается. Это является важным соображением для обычных солнечных элементов, которые не чувствительны к большей части инфракрасного спектра, хотя это составляет почти половину мощности, исходящей от солнца. И наоборот, фотоны с большей энергией, чем запрещенная зона, скажем, синий свет, изначально выбрасывают электрон в состояние выше запрещенной зоны, но эта дополнительная энергия теряется из-за столкновений в процессе, известном как «релаксация». Эта потерянная энергия превращается в тепло в элементе, что имеет побочный эффект дальнейшего увеличения потерь черного тела. ^[15]

Объединяя все эти факторы, максимальная эффективность для материала с одной запрещенной зоной, как у обычных кремниевых ячеек, составляет около 34%. То есть, 66% энергии солнечного света, попадающего на ячейку, будет потеряно. Практические соображения еще больше снижают это, особенно отражение от передней поверхности или металлических выводов, с современными высококачественными ячейками около 22%.

Материалы с более низкой, также называемой узкой, запрещенной зоной будут преобразовывать фотоны с большей длиной волны и меньшей энергией. Материалы с более высокой или более широкой запрещенной зоной будут преобразовывать свет с меньшей длиной волны и большей энергией. Анализ спектра AM1.5 показывает, что наилучший баланс достигается при длине волны около 1,1 эВ (около 1100 нм в ближнем инфракрасном диапазоне), что очень близко к естественной запрещенной зоне в кремнии и ряде других полезных полупроводников.

Многопереходные ячейки

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

Например, если бы у вас была ячейка с двумя запрещенными зонами, одна из которых была бы 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 света была бы потеряна только в запрещенной зоне чувствительного к красному свету материала. После анализа, аналогичного тому, который был проведен для устройств с одной запрещенной зоной, можно продемонстрировать, что идеальные запрещенные зоны для устройства с двумя зонами составляют 0,77  эВ и 1,70  эВ. ^[16]

Удобно, что свет определенной длины волны не взаимодействует сильно с материалами с большей шириной запрещенной зоны. Это означает, что вы можете сделать многопереходную ячейку, накладывая слои разных материалов друг на друга, самые короткие длины волн (самая большая запрещенная зона) на «верху» и увеличивая их 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 поля задней поверхности (BSF), слои окон, туннельные переходы, антибликовое покрытие и металлические контакты. (b) График спектральной освещенности E в зависимости от длины волны λ по солнечному спектру AM 1.5, вместе с максимальной эффективностью преобразования электроэнергии для каждого перехода в зависимости от длины волны. ^[17]

Изготовление тандемной ячейки — непростая задача, в основном из-за тонкости материалов и трудностей извлечения тока между слоями. Простое решение — использовать два механически разделенных тонкопленочных солнечных элемента , а затем соединить их вместе отдельно снаружи элемента. Эта техника широко используется в аморфных кремниевых солнечных элементах, продукция Uni-Solar использует три таких слоя для достижения эффективности около 9%. Лабораторные образцы 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 соединены. Такие ячейки гораздо сложнее производить, поскольку электрические характеристики каждого слоя должны быть тщательно согласованы. В частности, фототок, генерируемый в каждом слое, должен быть согласован, в противном случае 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 решеток, согласованию токов и высокопроизводительным оптоэлектронным свойствам.

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

Поскольку каждая субъячейка соединена электрически последовательно, через каждое соединение протекает тот же ток. Материалы упорядочены с уменьшением ширины запрещенной зоны , E _g , что позволяет свету суб-зоны ( hc / λ < eE _g ) передаваться в нижние субъячейки. Поэтому необходимо выбрать подходящие запрещенные зоны таким образом, чтобы спектр конструкции уравновешивал генерацию тока в каждой из субъячеек, достигая согласования тока. На рисунке C(b) изображена спектральная освещенность E ( λ ), которая представляет собой плотность мощности источника на заданной длине волны λ . Она построена вместе с максимальной эффективностью преобразования для каждого соединения как функции длины волны, которая напрямую связана с числом фотонов, доступных для преобразования в фототок.

Наконец, слои должны быть электрически оптимальными для высокой производительности. Это требует использования материалов с высокими коэффициентами поглощения α ( λ ), высокими временами жизни неосновных носителей τ _minority 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 нижнего субэлемента ( E _g = 0,67  эВ). Использование Ge обусловлено в основном его постоянной решетки, прочностью, низкой стоимостью, распространенностью и простотой производства.

Поскольку различные слои тесно связаны по решетке, изготовление устройства обычно использует металл-органическое химическое осаждение из паровой фазы (MOCVD). Эта технология предпочтительнее молекулярно -лучевой эпитаксии (MBE), поскольку она обеспечивает высокое качество кристалла и крупномасштабное производство. ^[14]

Конструктивные элементы

Металлические контакты

Металлические контакты — это электроды с низким сопротивлением , которые контактируют со слоями полупроводника. Часто они алюминиевые . Это обеспечивает электрическое соединение с нагрузкой или другими частями массива солнечных элементов. Обычно они находятся на двух сторонах элемента. И важно, чтобы они находились на задней поверхности, чтобы уменьшить затенение на поверхности освещения.

Антибликовое покрытие

Антибликовое (AR) покрытие обычно состоит из нескольких слоев в случае солнечных элементов MJ. Верхний AR слой обычно имеет текстуру поверхности NaOH с несколькими пирамидами для увеличения коэффициента пропускания T , улавливания света в материале (потому что фотоны не могут легко выйти из структуры MJ из-за пирамид) и, следовательно, длины пути фотонов в материале. ^[12] С одной стороны, толщина каждого AR слоя выбирается для получения деструктивных помех. Поэтому коэффициент отражения R уменьшается до 1%. В случае двух AR слоев 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 = 4 λ _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 для минимизации отражательной способности на длинах волн, для которых фототок самый низкий. Следовательно, это максимизирует J _SC путем согласования токов трех подэлементов. ^[20] Например, поскольку ток, генерируемый нижней ячейкой, больше токов, генерируемых другими ячейками, толщина слоев AR регулируется таким образом, чтобы инфракрасная (ИК) передача (которая соответствует нижней ячейке) ухудшалась, а ультрафиолетовая передача (которая соответствует верхней ячейке) улучшалась. В частности, покрытие AR очень важно на низких длинах волн, потому что без него T сильно снизилась бы до 70%. ${\displaystyle n_{\text{L2}}=n_{\text{AlInP}}^{\frac {1}{2}}n_{\text{L1}}}$

Туннельные переходы

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

Основная цель туннельных переходов — обеспечить низкое электрическое сопротивление и оптически низкопотерьное соединение между двумя субэлементами. ^[21] Без него p-легированная область верхней ячейки была бы напрямую связана с n-легированной областью средней ячейки. Следовательно, p-n-переход с противоположным направлением по отношению к другим появился бы между верхней ячейкой и средней ячейкой. Следовательно, фотонапряжение было бы 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

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

Следовательно, электроны могут легко туннелировать через область обеднения. Характеристика JV туннельного перехода очень важна, поскольку она объясняет, почему туннельные переходы могут использоваться для соединения с низким электрическим сопротивлением между двумя pn-переходами. На рисунке D показаны три различные 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 высока (с максимальным значением , пиковой плотностью тока), и наклон вблизи начала координат, следовательно, крутой. Тогда сопротивление чрезвычайно низкое, 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 пересекать барьер, потому что энергетические состояния больше не доступны для электронов. Поэтому плотность тока уменьшается, а дифференциальное сопротивление отрицательно. 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 солнечного элемента MJ, туннельные переходы должны быть прозрачны для длин волн, поглощаемых следующим фотоэлектрическим элементом, средним элементом, т.е. E _gTunnel > E _gMiddleCell .

Слой окна и поле задней поверхности

Рисунок E: (a) Слои и зонная диаграмма слоя окна. Поверхностная рекомбинация снижена. (b) Слои и зонная диаграмма слоя BSF. Рассеивание носителей снижено.

Слой окна используется для уменьшения скорости поверхностной рекомбинации S. Аналогично, слой поля задней поверхности (BSF) уменьшает рассеяние носителей в направлении туннельного перехода. Структура этих двух слоев одинакова: это гетеропереход , который ловит электроны (дырки). Действительно, несмотря на электрическое поле E _d , они не могут перепрыгнуть через барьер, образованный гетеропереходом, поскольку у них недостаточно 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; то есть 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 радиационная связь не происходит и где каждая из ячеек имеет JV -характеристику, заданную уравнением диода, JV -характеристика стопки определяется как ^[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, а - 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 многопереходную стопку (а не значениями, измеренными для ячеек с одним переходом соответствующих типов ячеек). Характеристика JV для двух идеальных (работающих на пределе излучения) ячеек, которым разрешено обмениваться люминесценцией и, таким образом, которые связаны излучением, определяется как ^[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 являются коэффициентами переноса, описывающими обмен фотонами между ячейками. Коэффициенты переноса зависят от показателя преломления ячеек. также зависят от показателя преломления ячеек. Если ячейки 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 максимальной эффективности каждый субэлемент должен работать при своих оптимальных параметрах JV, которые не обязательно одинаковы для каждого субэлемента. Если они различны, общий ток через солнечный элемент будет самым низким из трех. При приближении ^[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 ) — плотность тока короткого замыкания на заданной длине волны λ для субэлемента i .

Из-за невозможности получить J _SC1 , J _SC2 , J _SC3 непосредственно из общей характеристики JV используется квантовая эффективность QE ( λ ). Она измеряет отношение между количеством созданных пар электрон-дырка и падающими фотонами на заданной длине волны λ . Пусть φ _i ( λ ) будет потоком фотонов соответствующего падающего света в субъячейке i , а QE _i ( λ ) будет квантовой эффективностью субъячейки 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. числом фотонов, поглощенных на единицу длины материалом. Если предположить, что каждый фотон, поглощенный 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 субэлемента i , а — процент падающего света, который не поглощается субэлементом 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 JV: ${\displaystyle V_{{\text{OC}}i}}$

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

Теоретическая предельная эффективность

Мы можем оценить предельную эффективность идеальных бесконечных многопереходных солнечных элементов, используя графический анализ квантовой эффективности (QE), изобретенный CH Henry. ^[28] Чтобы в полной мере воспользоваться методом Henry, единица спектральной освещенности AM1.5 должна быть преобразована в единицу потока фотонов (т. е. количество фотонов/м ² · с). Для этого необходимо выполнить промежуточное преобразование единиц из 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 отдельную энергию, которая определяется следующим образом.

(1) E _ф = h ф = h ( c / λ )

где E _ph — энергия фотона, h — постоянная Планка ( h  ≈ 6,626 × 10 ⁻³⁴  Дж⋅Гц ⁻¹ ), c ​​— скорость света ( c  = 299 792 458  м⋅с ⁻¹ ), f — частота, λ — длина волны.

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]) = Eλ × 5,03 × 10 ¹⁵ [(количество фотонов)/м ² ⋅с⋅эВ] ${\displaystyle {\frac {dn_{\text{ph}}}{dhv}}={\frac {E}{E_{\text{ph}}}}={\frac {E}{\frac {hc}{\lambda }}}\,}$

В результате этого промежуточного преобразования единиц спектральная освещенность AM1.5 выражается в единицах потока фотонов на энергию фотона [кол-во фотонов/м ² ·с·эВ], как показано на рисунке 1.

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

На основе вышеприведенного результата промежуточного преобразования единиц мы можем вывести поток фотонов путем численного интегрирования потока фотонов на энергию фотона относительно 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 этого численного интегрирования спектральная освещенность AM1.5 выражается в единицах потока фотонов [число фотонов/м ² /с], как показано на рисунке 2.

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

Нет данных о потоке фотонов в диапазонах малых энергий фотонов 0–0,3096  эВ, поскольку стандартный (AM1.5) спектр солнечной энергии для hν < 0,31  эВ недоступен. Однако, несмотря на отсутствие этих данных, графический анализ QE может быть выполнен с использованием единственных доступных данных с разумным предположением, что полупроводники непрозрачны для энергий фотонов, больших, чем их энергия запрещенной зоны, но прозрачны для энергий фотонов, меньших, чем их энергия запрещенной зоны. Это предположение учитывает 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 нужно сначала оценить плотность излучательного тока, J _рад . Согласно методу Шокли и Квайссера, ^[29]

Дж _рад можно приблизительно рассчитать 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 выражено в электрон-вольтах, а n оценивается как 3,6, значение для GaAs. Падающее поглощенное тепловое излучение J _th определяется как J _rad при V = 0.

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

Плотность тока, подаваемая на нагрузку, представляет собой разницу плотностей тока, обусловленных поглощенным солнечным и тепловым излучением, и плотности тока излучения, испускаемого верхней поверхностью или поглощаемого в подложке. Определяя J _ф = en _ф , имеем

(7) J = J _ф + J _т − 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 уравнения J _th . Таким образом, мы пренебрежем этим членом, чтобы упростить последующее обсуждение. 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 определяется путем установки J = 0.

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

Максимальная точка мощности ( J _m , V _m ) 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 каждым поглощенным фотоном, определяется по формуле

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

Объединяя 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, на рисунке 3 построен график W _{m (красная линия) для различных значений} E _g (или n _ph ).

• 
  Рисунок 3. Максимальная работа идеальных бесконечных многопереходных солнечных элементов при стандартном спектральном излучении AM1.5.

Теперь мы можем в полной мере использовать графический анализ квантовой эффективности Генри, принимая во внимание две основные внутренние потери в эффективности солнечных элементов. Две основные внутренние потери — это радиационная 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 в 68,8% путем сравнения заштрихованной области, определенной красной линией, с общей площадью потока фотонов, определенной черной линией. (Вот почему этот метод называется «графическим» анализом квантовой эффективности.) Хотя это предельное значение эффективности согласуется со значениями, опубликованными Парротом и Восом в 1979 году: 64% и 68,2% соответственно, ^{[30] [31]} существует небольшой разрыв между оценочным значением в этом отчете и литературными значениями. Это небольшое различие, скорее всего, связано с разными способами аппроксимации потока фотонов в диапазоне 0–0,3096  эВ. Здесь мы аппроксимировали поток фотонов в диапазоне 0–0,3096  эВ так же, как и поток фотонов в диапазоне 0,31  эВ.

Материалы

Большинство многопереходных ячеек, которые были произведены на сегодняшний день, используют три слоя (хотя было произведено много тандемных модулей a-Si:H/mc-Si, которые широко доступны). Однако ячейки с тремя переходами требуют использования полупроводников, которые могут быть настроены на определенные частоты, что привело к тому, что большинство из них изготавливаются из соединений арсенида галлия (GaAs), часто германия для нижней, GaAs для средней и GaInP ₂ для верхней ячейки.

Подложка из арсенида галлия

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

Германиевая подложка

Ячейки с тройным переходом, состоящие из фосфида галлия-индия (InGaP), арсенида галлия (GaAs) или арсенида галлия-индия (InGaAs) и германия (Ge), могут быть изготовлены на пластинах германия. Ранние ячейки использовали прямой арсенид галлия в среднем переходе. Более поздние ячейки использовали In _0,015 Ga _0,985 As из-за лучшего соответствия решетки Ge, что приводило к меньшей плотности дефектов. ^{[ необходима цитата ]}

Из-за огромной разницы в ширине запрещенной зоны между GaAs (1,42  эВ) и Ge (0,66  эВ) соответствие тока очень плохое, а переход Ge работает со значительным ограничением тока. ^{[ необходима цитата ]}

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

Подложка из фосфида индия

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

Ячейки на основе фосфида индия имеют потенциал для работы в тандеме с ячейками арсенида галлия. Две ячейки могут быть оптически соединены последовательно (ячейка InP находится ниже ячейки GaAs) или параллельно с использованием разделения спектров с использованием дихроичного фильтра . ^{[ необходима цитата ]}

Подложка из нитрида индия-галлия

Нитрид галлия индия (InGaN) — полупроводниковый материал, состоящий из смеси нитрида галлия (GaN) и нитрида индия (InN). Это тройной полупроводник группы III–V с прямой запрещенной зоной . Его запрещенную зону можно настраивать, 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 запрещенной зоной, все еще недостаточно высока, чтобы быть конкурентоспособной на рынке. ^{[36] [37]}

Улучшения производительности

Структура

Многие фотоэлектрические ячейки MJ используют полупроводниковые материалы III–V. Туннельные диоды на основе гетероперехода GaAsSb , вместо обычных туннельных диодов с высокой степенью легирования InGaP, описанных выше, имеют меньшее расстояние туннелирования. Действительно, в гетероструктуре, образованной GaAsSb и InGaAs , валентная зона GaAsSb выше, чем валентная зона соседнего p-легированного слоя. ^[22] Следовательно, расстояние туннелирования d _tunnel уменьшается, и поэтому туннельный ток, который экспоненциально зависит от d _tunnel , увеличивается. Следовательно, напряжение ниже, чем у туннельного перехода InGaP. Туннельные диоды на основе гетероперехода GaAsSb обладают 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]

Химические компоненты могут быть добавлены в некоторые слои. Добавление около одного процента индия в каждый слой лучше соответствует постоянным решеток различных слоев. ^[39] Без него существует около 0,08 процента несоответствия между слоями, что снижает производительность. Добавление алюминия в верхнюю ячейку увеличивает ее запрещенную зону до 1,96  эВ, ^[39] покрывая большую часть солнечного спектра и получая 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. Максимальная теоретическая эффективность составляет 37, 50, 56, 72% для 1, 2, 3, 36 дополнительных pn-переходов соответственно, причем количество переходов увеличивается экспоненциально для достижения равных приращений эффективности. ^[24] Экспоненциальная зависимость означает, что по мере приближения элемента к пределу эффективности стоимость и сложность увеличения быстро растут. Уменьшение толщины верхнего элемента увеличивает коэффициент пропускания 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 своего высокого коэффициента рассеяния и низкой растворимости в Ge.

В настоящее время существует несколько коммерческих (неперовскитных ) многопереходных технологий, включая тандемные и трех- и четырехпереходные модули, которые обычно используют 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, таким образом, токов короткого замыкания J _{SC i} . В результате плотности тока J _i не обязательно совпадают, и общий ток становится ниже. Эти изменения можно количественно оценить с помощью средней энергии фотонов (APE), которая является отношением 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 для APE означает низкие (высокие) длины волн спектральных условий и более высокую (низкую) эффективность. ^[42] Таким образом, APE является хорошим индикатором для количественной оценки влияния изменений солнечного спектра на производительность 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 стоимость/эффективность. Три типа используемых концентраторов света — это преломляющие линзы, такие как линзы Френеля , отражающие тарелки (параболические или кассегреновые) и оптика световода . Благодаря этим устройствам свет, поступающий 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 ток МДж становится на X выше при концентрированном освещении. ^{[43] [44]}

Использование концентраций порядка 500–1000, что означает, что ячейка размером 1 см2 ^может использовать свет, собранный с 0,1 ^м2  ( поскольку 1 м2 равен 10000 см2 ⁾ , обеспечивает самую высокую эффективность, наблюдаемую на сегодняшний день. Трехслойные ячейки принципиально ограничены 63%, но существующие коммерческие прототипы уже продемонстрировали более 40%. ^{[45] [46] Эти ячейки захватывают около 2/3 своей} теоретической максимальной производительности, поэтому, предполагая, что то же самое верно для неконцентрированной версии той же конструкции, можно ожидать, что трехслойная ячейка будет иметь эффективность 30%. Этого недостаточно для преимущества по сравнению с традиционными кремниевыми конструкциями, чтобы компенсировать их 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 заданного количества площади земли, значительно сокращается. Обычная система, покрывающая 1  м ² , потребовала бы 625 ячеек по 16 см ² , но для системы концентратора нужна только одна ячейка вместе с концентратором. Аргументом в пользу концентрированных ячеек Multi-Junction 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 низких условиях освещенности. Чтобы максимизировать свое преимущество перед традиционными ячейками и, таким образом, быть конкурентоспособной по цене, система концентратора должна отслеживать солнце по мере его движения, чтобы удерживать свет сфокусированным на ячейке и поддерживать максимальную эффективность как можно дольше. Для этого требуется система слежения за солнцем , которая увеличивает урожайность, но также и стоимость.

Изготовление

По состоянию на 2014 год производство многопереходных ячеек было дорогим, при этом использовались технологии, схожие с технологиями изготовления полупроводниковых приборов , обычно это была эпитаксия из паровой фазы металлоорганических соединений , но с размерами «чипов» порядка сантиметров.

В том же году была анонсирована новая технология, которая позволила таким ячейкам использовать подложку из стекла или стали, более дешевые пары в меньших количествах, что, как утверждалось, обеспечивало конкурентоспособную стоимость по сравнению с обычными кремниевыми ячейками. ^[47]

Сравнение с другими технологиями

Существует четыре основные категории фотоэлектрических элементов: обычные моно- и поликристаллические кремниевые элементы (c-Si), тонкопленочные солнечные элементы (a-Si, CIGS и CdTe) и многопереходные (MJ) солнечные элементы. Четвертая категория, развивающаяся фотоэлектрика , содержит технологии, которые все еще находятся на стадии исследований или разработки 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 спектра энергии фотонов, в то время как основным свойством тонкопленочного солнечного элемента является использование тонких пленок вместо толстых слоев для снижения коэффициента эффективности затрат. По состоянию на 2010 год ^[update]солнечные панели MJ дороже других. Эти различия подразумевают различные области применения: солнечные элементы MJ предпочтительны в космосе, а солнечные элементы c-Si для наземных применений.

График эффективности солнечных элементов с течением времени, составленный Национальной лабораторией возобновляемой энергии .

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

Измерения на солнечных элементах MJ обычно проводятся в лаборатории с использованием концентраторов света (для других элементов это часто не так) и в стандартных условиях испытаний (STC). STC предписывают для наземных приложений спектр AM1.5 в качестве эталона. Эта воздушная масса (AM) соответствует фиксированному положению солнца на небе 48° и фиксированной мощности 833  Вт/м2 ^. Поэтому спектральные изменения падающего света и параметры окружающей среды не учитываются в STC. ^[48]

Следовательно, производительность солнечных элементов MJ в уличных условиях ниже, чем в лабораторных условиях. Более того, солнечные элементы MJ спроектированы таким образом, что токи согласуются в условиях STC, но не обязательно в полевых условиях. ^{[ необходима цитата ]} Можно использовать QE ( λ ) для сравнения производительности различных технологий, но QE ( λ ) не содержит информации о согласовании токов субэлементов. Важной альтернативной точкой сравнения является выходная мощность на единицу площади, генерируемая при том же падающем свете. ^{[ необходима цитата ]}

Приложения

По состоянию на 2010 год стоимость солнечных элементов MJ была слишком высока, чтобы позволить использование вне специализированных приложений. Высокая стоимость в основном обусловлена ​​сложной структурой и высокой стоимостью материалов. Тем не менее, при наличии концентраторов света под освещением не менее 400 солнц солнечные панели MJ становятся практичными. ^[24]

По мере того, как становятся доступными менее дорогие многопереходные материалы, другие приложения включают проектирование запрещенных зон для микроклимата с различными атмосферными условиями. ^[49]

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

Окружающая среда в космосе совершенно иная. Поскольку там нет атмосферы, солнечный спектр другой (AM0). Ячейки имеют плохое соответствие по току из-за большего потока фотонов выше 1,87  эВ по сравнению с теми, что находятся между 1,87  эВ и 1,42  эВ. Это приводит к слишком малому току в переходе GaAs и снижает общую эффективность, поскольку переход InGaP работает ниже тока MPP, а переход GaAs работает выше тока MPP. Для улучшения соответствия по току слой InGaP намеренно утончается, чтобы позволить дополнительным фотонам проникать в нижний слой GaAs. ^{[ необходима цитата ]}

В наземных концентрирующих приложениях рассеивание синего света атмосферой уменьшает поток фотонов выше 1,87  эВ, лучше уравновешивая токи перехода. Частицы излучения, которые больше не фильтруются, могут повредить ячейку. Существует два вида повреждений: ионизация и атомное смещение. ^[51] Тем не менее, ячейки MJ обеспечивают более высокую устойчивость к радиации, более высокую эффективность и более низкий температурный коэффициент. ^[24]

Смотрите также

• Портал возобновляемой энергии
• Энергетический портал

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

Ссылки

1. "Dawn Solar Arrays". Dutch Space. 2007. Получено 18 июля 2011 .
2. Рюле, Свен (2016-02-08). «Табличное значение предела Шокли–Квайссера 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). Третье поколение фотоэлектрических систем: усовершенствованное преобразование солнечной энергии . Springer. стр. 65.
4. "Best Research-Cell Efficiency Chart". Национальная лаборатория возобновляемой энергии. Архивировано из оригинала 14 марта 2023 г. Получено 28.03.2023 .
5. Димрот, Франк (2016). «Солнечные элементы концентратора с четырьмя переходами на пластинах». Журнал IEEE по фотовольтаике . 6 : 343–349. doi : 10.1109/jphotov.2015.2501729. S2CID  47576267.
6. "Solar Junction побила мировой рекорд по концентрированной солнечной энергии с эффективностью 43,5%". Cnet.com.
7. Шахан, Закари (31 мая 2012 г.). «Sharp Hits Concentrator Solar Cell Efficiency Record, 43,5%». CleanTechnica .
8. "30,2-процентная эффективность — новый рекорд для многопереходных солнечных элементов на основе кремния". Fraunhofer ISE. 2016-11-09 . Получено 2016-11-15 .
9. "ZTJ Space Solar Cell" Архивировано 28.09.2011 на Wayback Machine , emcore
10. "Концентрация фотоэлектрических технологий" Архивировано 22 августа 2011 г. в Wayback Machine , NREL
11. "Производство энергии Uni-Solar", Uni-Solar
12. Р.Деламар, О.Бултил, Д.Фландр, Преобразование люмьера/электрицита: фундаментальные понятия и примеры исследований
13. «Основные принципы и методы фотоэлектричества», Техническое информационное бюро, Научно-исследовательский институт солнечной энергии (1982)
14. Н. В. Ястребова (2007). Высокоэффективные многопереходные солнечные элементы: современное состояние и будущий потенциал (PDF) .
15. Грин, MA (2003). Третье поколение фотоэлектрических устройств . Springer-Verlag. ISBN 978-3-540-26562-7.
16. Грин, Мартин (11 июля 2003 г.). Третье поколение фотоэлектрических устройств: усовершенствованное преобразование солнечной энергии . Springer. стр. 61. ISBN 978-3-540-40137-7.
17. "Тандемные клетки". www.superstrate.net .
18. Майлз, Р. (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. Штрельке, С.; Бастид, С.; Гийе, Дж.; Левиклемент, К. (2000). «Проектирование пористых кремниевых антиотражающих покрытий для кремниевых солнечных элементов». Materials Science and Engineering B. 69–70: 81–86. doi :10.1016/S0921-5107(99)00272-X.
20. Daniel J.Aiken (2000). "Проект антибликового покрытия для многопереходных, последовательно соединенных солнечных элементов" (PDF) . Прогресс в фотовольтаике: 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) 2011-07-21.
21. Ямагучи, М.; Такамото, Т.; Араки, К. (2006). «Сверхвысокоэффективные многопереходные и концентраторные солнечные элементы». Материалы и солнечные элементы солнечной энергетики . 90 (18–19): 3068–3077. doi :10.1016/j.solmat.2006.06.028.
22. JFKlem, S.Park, JCZolper, Полупроводниковый туннельный переход с усиливающим слоем, патент США 5,679,963 (1997)
23. JFWheeldon; et al. (2009). "AlGaAs туннельный переход для высокоэффективных многопереходных солнечных элементов: моделирование и измерение температурно-зависимой работы" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2009-11-17.
24. Luque & Hegedus 2003, стр. 390 и далее
25. Strandberg, Rune (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.; Bett, AW (2009). «Простой метод количественной оценки спектральных воздействий на многопереходные солнечные элементы». Solar Energy . 83 (9): 1588–1598. Bibcode : 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 одиночной и множественной энергетической щелью». Журнал прикладной физики . 51 (8): 4494. Bibcode : 1980JAP....51.4494H. doi : 10.1063/1.328272.
29. Шокли, В.; Квайссер, Х.А. (1961). «Подробный 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, АД (1980). «Подробный предел баланса 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. S2CID  250782402.
31. Parrott, J. (1979). «Предельная эффективность многозазорного солнечного элемента с боковой подсветкой». Journal of Physics D: Applied Physics . 12 (3): 441–450. Bibcode : 1979JPhD...12..441P. doi : 10.1088/0022-3727/12/3/014. S2CID  250869484.
32. "CPV Solar Cells—Azurspace Power Solar GmbH". Azurspace . Получено 2014-08-17 .
33. "Ведущий мировой поставщик полупроводниковых соединений и светотехнической продукции". Spectrolab. 2009. Получено 04.08.2015 .
34. Грин, MA; Эмери, K.; Хишикава, Y.; Варта, W.; Данлоп, ED (2012). «Таблицы эффективности солнечных элементов (версия 40)». Прогресс в фотовольтаике: исследования и применение . 20 (5): 606–14. doi :10.1002/pip.2267. S2CID  93809051.
35. Kuykendall, T.; Ulrich, Philipp; Aloni, Shaul; Yang, Peidong (2007). «Полная композиционная настраиваемость нанопроводов InGaN с использованием комбинаторного подхода». Nature Materials . 6 (12): 951–956. Bibcode :2007NatMa...6..951K. doi :10.1038/nmat2037. PMID  17965718.
36. Маклафлин, DVP; Пирс, JM (2013). «Прогресс в области материалов на основе нитрида индия-галлия для преобразования солнечной фотоэлектрической энергии». Metallurgical and Materials Transactions A. 44 ( 4): 1947–1954. Bibcode : 2013MMTA...44.1947M. doi : 10.1007/s11661-013-1622-1. S2CID  13952749.
37. Ям, Ф. К.; Хассан, З. (2008). «InGaN: обзор кинетики роста, физических свойств и механизмов эмиссии». Сверхрешетки и микроструктуры . 43 (1): 1–23. Bibcode : 2008SuMi...43....1Y. doi : 10.1016/j.spmi.2007.05.001.
38. JC Zolper; Plut; Tigges; и др. (1994). "GaAsSb-based heterojunction tunnel digos for tandem solar cell interconnections". Труды 1-й Всемирной конференции IEEE 1994 года по фотоэлектрическому преобразованию энергии - WCPEC (Совместная конференция PVSC, PVSEC и PSEC). Том 2. стр. 1843. doi :10.1109/WCPEC.1994.520724. ISBN 978-0-7803-1460-3. S2CID  136718230.
39. Ямагучи, 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. Tian, ​​Xueyu; Stranks, Samuel D.; You, Fengqi (июль 2020 г.). «Использование энергии в течение жизненного цикла и экологические последствия высокопроизводительных перовскитных тандемных солнечных элементов». Science Advances . 6 (31): eabb0055. doi :10.1126/sciadv.abb0055. ISSN  2375-2548. PMC 7399695 . PMID  32789177. 
41. Tian, ​​Xueyu; Stranks, Samuel D.; You, Fengqi (2021-06-24). «Оценка жизненного цикла стратегий переработки для перовскитных фотоэлектрических модулей» . Nature Sustainability . 4 (9): 821–829. doi :10.1038/s41893-021-00737-z. ISSN  2398-9629. S2CID  235630649.
42. Влияние спектральных эффектов на электрические параметры многопереходных аморфных кремниевых ячеек (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, «Солнечные элементы бьют рекорд эффективности», CNET News , 6 декабря 2006 г.
46. "NREL Solar Cell устанавливает мировой рекорд эффективности в 40,8 процента" Архивировано 17 сентября 2008 г. в Wayback Machine , Национальная лаборатория возобновляемой энергии, 13 августа 2008 г.
47. Буллис, Кевин (2014-06-09). "Высокоэффективные солнечные элементы по цене обычных | MIT Technology Review". Technologyreview.com . Получено 2014-08-17 .
48. Альбуфласа, Х.; Готтшальг, Р.; Беттс, Т. (2007). «Моделирование эффекта изменяющихся спектров на многопереходных солнечных элементах A-SI». Опреснение . 209 (1–3): 78–85. doi :10.1016/j.desal.2007.04.012.
49. C. Zhang, J. Gwamuri, R. Andrews и JM Pearce, (2014). Проектирование многопереходных фотоэлектрических ячеек, оптимизированных для различных атмосферных условий, International Journal of Photoenergy , 514962, стр. 1-7.открытый доступ
50. D. Crisp; A. Pathareb; RC Ewell (2004). «Характеристики солнечных элементов из арсенида галлия/германия на поверхности Марса». Прогресс в области фотовольтаики: исследования и применение . 54 (2): 83–101. Bibcode : 2004AcAau..54...83C. doi : 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. John Wiley & Sons . ISBN 978-0-471-49196-5.
• Яррис, Линн (7 ноября 2011 г.). Исследования в лаборатории Беркли бьют рекорды по производительности солнечных элементов. Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли . Получено 10 декабря 2011 г. Теоретические исследования ученых из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли Министерства энергетики США (DOE) привели к рекордной эффективности преобразования солнечного света в электричество в солнечных элементах. {{cite book}}: |work=проигнорировано ( помощь ) (перепечатано в журнале R&D)