CC BY
1ГЕТЕРОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ ФОТОЭЛЕМЕНТЫ, ИХ ПРИМЕНЕНИЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
К. Дж. НУРМАТОВ
Джизакский государственный педагогический университет, Шароф Рашидов-4, 130100,
Узбекистан https://doi.org/10.5281/zenodo.11115669
Аннотация. Гетероструктурированные солнечные фотоэлементы (Heterostructured Solar Cells) представляют собой перспективное направление в развитии фотоэлектрических устройств, которые обеспечивают высокую эффективность преобразования солнечной энергии в электричество. В данной статье мы рассмотрим основные принципы работы гетероструктурированных солнечных фотоэлементов, их преимущества, а также основные методы исследования и оптимизации этих устройств и структурно изучим области и виды использования.
Ключевые слова: гетероструктурированные, гетеропереход, фотоэлемент, солнечные фотоэлементы.
Abstract. Heterostructured Solar Cells are a promising direction in the development of photovoltaic devices that provide high efficiency in converting solar energy into electricity. In this article, we will look at the basic principles of operation of heterostructured solar photovoltaic cells, their advantages, as well as the main methods of research and optimization of these devices and structurally study the areas and types of applications.
Keywords: heterostructured, heterojunction, photocell, solar photocells.
Annotatsiya. Geterostrukturali quyosh fotoelementlari (Heterostructured Solar Cells) quyosh energiyasini elektr energiyasiga aylantirishda yuqori samaradorlikni ta'minlovchi fotoelektrik qurilmalarni rivojlantirishning istiqbolliyo'nalishi hisoblanadi. Ushbu maqolada biz heterostrukturali quyosh fotovoltaik xujayralarining asosiy ishlash tamoyillarini, ularning afzalliklarini, shuningdek, ushbu qurilmalarni tadqiq qilish va optimallashtirishning asosiy usullarini ko'rib chiqamiz va ishlatilish sohalari, turlarini strukturaviy o'rganamiz.
Kalit so'zlar: geterostrukturali, geteroo'tish, fotoelement, quyosh fotoelementlari.
ВВЕДЕНИЕ
Солнечные фотоэлементы являются одним из наиболее перспективных источников возобновляемой энергии. Гетероструктурированные солнечные элементы представляют собой структуру, состоящую из различных полупроводниковых материалов с различной шириной запрещенной зоны. Такая конструкция позволяет настраивать распределение света и индивидуальную зарядку, что повышает эффективность преобразования солнечной энергии.
На протяжении десятилетий кремний использовался в качестве полупроводника и поэтому является важным компонентом в фотоэлектрической промышленности. Среди солнечных элементов на основе кристаллического кремния (c-Si) кремниевые гетероструктурные солнечные элементы (кремниевый гетеропереход, SHJ) отличаются особенно высоким КПД, превышающим 26 процентов. Химическое осаждение из паровой фазы с помощью горячей проволоки (HWCVD) представляет собой многообещающую
технологию экономически эффективного осаждения слоев кремния с низким уровнем дефектов. По этой причине Fraunhofer IST использует этот процесс, чтобы исследовать его пригодность для производства высокоэффективных солнечных элементов SHJ, в частности, для применения в автомобильном секторе.
Принцип работы гетероструктурных солнечных фотоэлементов:
Гетероструктурированные солнечные элементы основаны на принципе гетероперехода, который образуется между различными полупроводниковыми материалами. При этом возникает развитие электрического поля, отвечающего за отдельные заряды и их сборку. При прохождении фотонов на границе раздела полупроводников возникает фотоэлектрический эффект, и световая энергия преобразуется в электричество. На рис 1 указано состав элемента.
AAAAAAi
" X ^/л .
Рис 1.
Преимущества гетероструктурированных солнечных фотоэлементов:
Гетероструктурированные солнечные элементы имеют преимущества перед другими типами солнечных элементов. Они обеспечивают более высокую эффективность преобразования за счет бережного отношения к свету и лучшего разделения зарядных устройств. Кроме того, гетероструктурные солнечные элементы могут быть гибкими и легкими, что расширяет их применение в различных областях. (рис.2)
Рис.2
Гетероструктурированные солнечные элементы — это тип фотоэлектрического устройства, в котором используется гетеропереход, который представляет собой соединение между двумя различными полупроводниковыми материалами, для преобразования солнечного света в электричество. Эти устройства обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными солнечными элементами, включая повышенную эффективность, улучшенное поглощение света и лучшее разделение носителей заряда.
Одним из распространенных типов гетероструктурных солнечных элементов является тандемный солнечный элемент, который состоит из нескольких слоев различных полупроводниковых материалов, наложенных друг на друга. Каждый слой предназначен
для поглощения определенной части солнечного спектра, что позволяет более эффективно использовать солнечный свет. Тандемные солнечные элементы могут достичь более высокой эффективности, чем солнечные элементы с одним переходом, за счет сочетания различных материалов с дополняющими абсорбционными свойствами.
Другим типом гетероструктурного солнечного элемента является гибридный органо-неорганический солнечный элемент, также известный как перовскитный солнечный элемент. Эти ячейки используют слой органо-неорганического гибридного перовскитного материала в качестве светопоглощающего слоя. Солнечные элементы на основе перовскита в последние годы привлекли значительное внимание благодаря их высокому потенциалу эффективности, низкой стоимости изготовления и настраиваемым оптоэлектронным свойствам.
Чтобы оптимизировать производительность гетероструктурных солнечных элементов, исследователи используют различные стратегии проектирования интерфейсов, дизайна материалов и архитектуры устройств. Методы проектирования интерфейса направлены на минимизацию энергетических барьеров, уменьшение рекомбинационных потерь и улучшение транспорта носителей заряда через интерфейс гетероперехода. Этого можно достичь за счет использования межфазных слоев, пассивации поверхности или методов текстурирования поверхности.
Дизайн материалов играет решающую роль в гетероструктурных солнечных элементах. Исследователи исследуют и разрабатывают новые полупроводниковые материалы с желаемыми оптоэлектронными свойствами, такими как подходящая запрещенная зона, высокая подвижность носителей и хорошая стабильность. Достижения в области методов синтеза и определения характеристик материалов позволяют открывать и оптимизировать новые материалы для использования в гетероструктурных солнечных элементах.
Оптимизация архитектуры устройства включает в себя разработку общей структуры и конфигурации солнечного элемента для максимального поглощения света, сбора носителей заряда и минимизации потерь. Это включает в себя выбор подходящих материалов электродов, прозрачных проводящих слоев, а также использование светоулавливающих структур или просветляющих покрытий.
Исследования в области гетероструктурных солнечных элементов продолжаются с упором на повышение эффективности, стабильности и масштабируемости. Ученые изучают новые материалы, такие как перовскиты и квантовые точки, а также новые архитектуры устройств и методы изготовления, чтобы преодолеть существующие проблемы и еще больше повысить производительность этих устройств.
В заключение можно сказать, что гетероструктурные солнечные элементы открывают большие перспективы для достижения высокоэффективного преобразования солнечной энергии. Посредством проектирования интерфейсов, дизайна материалов и оптимизации устройств исследователи стремятся еще больше повысить эффективность, стабильность и коммерческую жизнеспособность этих передовых фотоэлектрических устройств. (Рис 3,4)
Рис 4. Структурная структура гетероструктурного пленочного солнечного элемента
REFERENCES
1. Грин, Массачусетс, Хишикава, Ю., Данлоп, Э.Д., Леви, Д.Х., Холь-Эбингер, Дж., и Хо-Бэйли, А.В. (2G18). Таблицы эффективности солнечных батарей (версия 52). Прогресс в фотоэлектрической энергетике: исследования и приложения, 26 (7), 427-436.
2. Аль-Амин М., Ислам М.Р. и Амин Н. (2020). Последние разработки в области технологий изготовления солнечных элементов: обзор. Материаловедение и приложения, 11(8), 579-597.
3. Ян В., Лю З., Юэ Дж., Рен Х. и Лю С. (2021). Недавний прогресс в разработке интерфейса для перовскитных солнечных элементов. Журнал химии материалов A, 9 (5), 2335-236G.
4. Ли Ф. и Чжу Р. (2019). Недавний прогресс в разработке интерфейсов органических солнечных элементов. Журнал химии материалов C, 7 (10), 2720-274G.
5. Чжан Х., Ван К., Ли Х. и Ли Х. (2020). Разработка интерфейса солнечных элементов с квантовыми точками: стратегии, проблемы и перспективы. Журнал химии материалов А, 8 (28), 13534-1356G.
6. Elias Assmann, Peter Blaha, Robert Laskowski, Karsten Held, Satoshi Okamoto, and Giorgio Sangiovanni Oxide Heterostructures for Efficient Solar Cells. arXiv:13G1.1314v1 [cond-mat.mtrl-sci] 3 Jan 2G13.
7. Elias Assmann, Peter Blaha, Robert Laskowski, Karsten Held, Satoshi Okamoto, and Giorgio Sangiovanni Oxide heterostructures for efficient solar cells — Supplementary Information arXiv:1301.1314v1 [cond-mat.mtrl-sci] 3 Jan 2013.
