CC BY
94
Агеев Олег Алексеевич
Технологический институт федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге.
E-mail: [email protected].
347928, . , . , 2.
.: 88634371611.
Кафедра технологии микро- и наноэлектронной аппаратуры; заведующий кафедрой; . . ; .
Климин Виктор Сергеевич
E-mail: [email protected].
Кафедра технологии микро- и наноэлектронной аппаратуры; аспирант.
Ильин Олег Игоревич
E-mail: [email protected].
Кафедра технологии микро- и наноэлектронной аппаратуры; студент.
Федотов Александр Александрович E-mail: [email protected].
Кафедра технологии микро- и наноэлектронной аппаратуры; доцент.
Ageev Oleg Alexeevich
Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Autonomy Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”.
E-mail: [email protected].
2, Shevchenko Street, Taganrog, 347928, Russia.
Phone: +78634371611.
The Department of Micro- and Nanoelecronics; Head the Department; Dr. of Eng. Sc., Professor.
Klimin Victor Sergeevich
E-mail: [email protected].
The Department of Micro- and Nanoelecronics; Postgraduate Student.
Ilin Oleg Igorevich
E-mail: [email protected].
The Department of Micro- and Nanoelecronics; Student.
Fedotov Alexandr Alexandrovich
E-mail: [email protected].
The Department of Micro- and Nanoelecronics; Associate Professor.
УДК 621.382.2
В.В. Кушнир
ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ПЛЕНОЧНОГО СОЛНЕЧНОГО
ЭЛЕМЕНТА
Рассматриваются вопросы влияния электрофизических и технологических свойств полупроводниковых материалов на характеристики преобразователей солнечной энергии. Определены оптимальные значения толщин рабочих слоев полупроводниковых солнечных элементов на основе гетероструктуры Б1/ХпО. Проведено моделирование вольт-амперных характеристик для рассматриваемой конструкции солнечного элемента, с помощью которого были определены оптимальные толщины слоев, при которых значение тока короткого замыкания и, следовательно, коэффициета полезного действия элемента было макси.
Солнечные элементы; тонкие пленки; оксид цинка; коэффициент полезного действия.
V.V. Kushnir
THE OPTIMIZATION OF FILM SOLAR CELL DESIGN
The influence of electrophysical and technological properties of semiconductor materials on solar cells are investigated. The optimal values of working layers' thickness of semiconductor solar cells on the basis of poly-Si/ZnO heterostructure were calculated. The investigated solar cell's current-voltage characteristics were simulated, thus the optimal thicknesses of layers which showed the maximum values of short-circuit current and consequently, solar cell's efficiency, were determined.
Solar cells; thin films; zinc oxide; efficiency.
Тонкопленочные полупроводниковые солнечные элементы (СЭ) являются перспективным направлением исследований в энергосберегающих технологиях.
, 2020 . -[1].
Основными полупроводниковыми материалами, применяющимися в техно-
( ), -
ний (моно-, поли-, мультикристаллический и аморфный), арсенид галлия, теллу-рид кадмия и некоторые другие [1-3]. Стоит отметить, что кристаллические и аморфные материалы применяются с целью удешевления готовой продукции в связи со сравнительно низкой ценой их изготовления.
Основным фактором для выбора материала рабочих слоев ПСЭ является ши-Eg . , -
вателей, имеет достаточно противоречивый характер - с одной стороны, уменьше-Eg ,
с чем повышается коэффициент полезного действия (КПД) элемента, однако, вместе с тем, уменьшение приводит к снижению напряжения холостого хода, от которого также зависит КПД элемента [4]. Для достижения оптимальных значений КПД исследуют характеристики элементов на основе различных полупроводнико-.
Основными характеристиками ПСЭ являются вольт-амперная характеристи-( ) .
различные технологические и электрофизические параметры, такие как площадь , ( - ), -рования полупроводниковых слоев, степень их дефектности и толщина. Все эти параметры необходимо учитывать при проектировании.
Целью работы является исследование влияния толщины слоев ПСЭ на его характеристики. Толщина слоев структуры, образующей ПСЭ, в первую очередь определяет количество фотонов, поглощаемых полупроводниковым материалом, в пределах спектра излучения, падающего на поверхность элемента. Согласно литературным данным [3, 4], основная доля фотонов поглощается в приповерхностном
200 . -ной толщины поглощаются фотоны на длинах волн от ультрафиолетового до верхней границы видимого спектра.
В инфракрасном спектре излучения фотоны поглощаются на большей глуби, . увеличения эффективности поглощения солнечным элементом излучения на различных длинах волн применяются гетероструктуры с оптимальным соотношением ширины запрещенных зон каждого материала и многопереходные солнечные эле, -
зонах длин волн. Однако при массовом изготовлении таких элементов возникает проблема поддержания воспроизводимости, а также значительно повышается стоимость готовых изделий из-за возрастающих требований к качеству технологических операций [3].
В работе рассматривается однопереходной элемент на основе гетероструктуры «ро1у-81/7пО». Оксид цинка представляется достаточно перспективным материалом для применения в области фотовольтаики, поскольку обладает рядом преимуществ по сравнению с другими материалами. К числу этих преимуществ можно отнести ширину запрещенной зоны и высокую прозрачность в видимой области длин волн [5].
Для расчета ВАХ и КПД элемента были использованы стандартные параметры солнечного излучения [3, 4].
Моделирование ВАХ преобразователя солнечной энергии, проведенное в ра,
исходя из двух взаимно-обратных физических процессов, происходящих при генерации светом носителей заряда. При увеличении толщины р-слоя в нем поглощается больше фотонов в инфракрасной области спектра, тем самым повышается количество сгенерированных неосновных носителей заряда. С другой стороны, увеличение его толщины приводит к возрастанию скорости рекомбинации носите, . моделирования учитывалось влияние шунтирующих сопротивлений.
I, мА/см2 ------------------------------------------------
0 2 0 25 0 3 0 35 0 4 0 45 0 5 0 51
V, в
Рис. 1. Семейство ВАХ солнечного элемента
На рис. 1 показано семейство ВАХ солнечного элемента при различных значениях толщин полупроводниковых слоев с десятью наиболее высокими значениями тока короткого замыкания. Шаг изменения толщины - 0,05 мкм. Концен-
трация примеси для n-слоя (ZnO) составляла 5-1018 см"3 , для p-слоя (poly-Si) -5-1017 см-3. Наиболее высокие значения КПД достигнуты при значениях толщины n-слоя (ZnO) - 0,3-0,35 мкм, толщины p-слоя (poly-Si) - 0,55-0,7 мкм.
Для рассматриваемой структуры ПСЭ эти значения можно считать оптимальными. Модель может быть применена и к другим однопереходным структурам ПСЭ различного типа, что позволит оптимизировать их конструкцию для улучшения выходных характеристик.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Мей тин М. Фотово льтаика: материалы, технологии, перспективы // Электроника: наука, технология, бизнес. - 2000. - № 6. - С. 40-46.
2. Немчинова НМ., Клец В.Э., Непомнящих AM. Кремний в XXI веке // Фундаментальные исследования. - 2006. - № 12. - С. 14-1б.
3. Luque A., Hegedus S. Handbook of Photovoltaic Science and Engineering. - John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester, West Sussex PO19 8SQ, England, 2003. - P. 100-117.
4. . . /
В.Ф. Гременок, M.C. Тиванов, В.Б. Залееский. - Минск: Изд. центр БГУ, 2007. - C. 60.
5. Tung-Te Chu, Huilin Jiang, Liang-Wen Ji, Wei-Shun Shih, Jingchang Zhong, Ming-Jie Zhuang. Grain size effect of nanocrystalline ZnO on characteristics of dye-sensitized solar cells // Microelectronics Journal. - 2009. - № 40. - P. 50-52.
Статью рекомендовал к опубликованию д.ф.-м.н. АЖ. Кармоков.
Кушнир Вячеслав Викторович
Технологический институт федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге.
E-mail: [email protected].
347928, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44.
.: 88634371611.
Кафедра технологии микро- и наноэлектронной аппаратуры; аспирант.
Kushnir Viacheslav Viktorovich
Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Autonomy Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”.
E-mail: [email protected].
44, Nekrasovskiy, Taganrog, 347928, Russia.
Phone: +78634371611.
The Department of Micro- and Nanoelecrtronics; Postgraduate Student.
УДК 621.78:544.3
СЛ. Авдеев, С.Н. Г аранжа, Е.В. Луговой, С.Н. Петров
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОБРАЗОВАНИЯ МЕТАБОРАТА ЛАНТАНА В ПРОЦЕССЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ
СТЕКОЛ
Проведен термодинамический анализ формирования в стекле СТК119 метабората лантана при электронно-лучевой обработке с использованием молекулярного квантовохимического расчета потенциала Гиббса в интервале рабочих температур ЭЛО. Резуль-
,
температур. Верхняя граница (1600 К) определяется процессом распада молекулы La(BO2)3, а нижняя (800 К) подвижностью молекулы окиси бора и окиси лантана.
Электронно-лучевая обработка (ЭЛО); метаборат лантана (La(BO2)3); бороланта-.
