CC BY
26
Computational nanotechnology
1-2017
ISSN 2313-223X
7. НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
7.1. СВОЙСТВА GaAs/AlGaAs ГЕТЕРОФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С ГОЛОГРАФИЧЕСКИМ КОНЦЕНТРАТОРОМ
Абдукадыров Мухитдин Абдурашитович, д-р техн. наук, профессор, Ташкентский университет информационных технологий
Азаматов Закир Тахирович, д-р физ.-мат. наук, профессор, Ташкентский Государственный Технический университет
Ахмедова Нодира Аминжановна, канд. физ.-мат. наук, доцент, Ташкентский университет информационных технологий
Ганиев Аброр Саттарович, канд. физ.-мат. наук, доцент, Ташкентский университет информационных технологий, e-mail: abror1958@gmail.com
Муминов Рамизулла Абдуллаевич, академик АНРУз, Физико-Технический Институт Научно-производственного объединения «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан
Аннотация: Изучены фотоэлектрические процессы в GaAs/AlGaAs гетероструктурных солнечных элементах со спектральной чувствительностью в диапазоне 450 < А< 850 нм при освещений голографическим концентратором. Показано, что с ростом концентрации солнечного потока до 10 крат при линейном росте тока короткого замыкания напряжение холостого хода и коэффициент полезного действия достигает своего максимального значения.
Ключевые слова: солнечный элемент, полупроводник, арсенид галлия, спектральный диапазон, ток короткого замыкания, напряжение холостого хода, голографический концентратор.
PROPERTIES OF GaAs/AlGaAs HETEROPHOTOTRANSFORMATORS WITH HOLOGRAPHIC CONCENTRATORS
Abdukadirov Muhitdin Abdurashitovich, Dr. of sciences, Professor, Tashkent University of information Technologies
Azamatov Zakir Tahirovich, Dr. of sciences, Professor, Tashkent State Technical University
Axmedova Nodira Aminjanovna, Candidate of science, Tashkent University of information Technologies
Ganiyev Abror Sattarovich, Candidate of science, Tashkent University of information Technologies, e-mail: abror1958@gmail.com
Muminov Ramizulla Abdullaevich, Academician Uzbekistan Academy of sciences Physical-Technical Institute «Рhysics-San» Uzbekistan Academy of sciences
Abstract: Studied photovoltaic processes in GaAs /AlGaAs heterostructure solar cell with a spectral sensitivity in the range of 450 < A< 850 nm under holographic concentrator illumination. It is shown that with increasing of concentration of the solar flux to 10krat with a linear increase in short-circuit current and open circuit voltage efficiency reaches its maximum value.
Index terms: solar sell, semi conduction, gallium arsenide, spektrowave diapazon, short circuit current, open circuit voltage, hologhraphic concentrator.
Фотоэлектрическому преобразованию солнечной энергии в электрическую в настоящее время уделяется повышенное внимание [1]. При этом, применение голографических концентраторов [2,3] для создания фотоэнергетических систем является перспективным направлением солнечной энергетики, так как они кроме легкой конструкции, не требуют систему слежения за Солнцем. Вместе с тем, фотоэлектрические свойства гетерофотопреобразователей (ГФП), имеющих голографиче-ские концентрирующие системы, до настоящего времени практически не изучены [3].
В данной работе нами исследованы ГФП с гетероструктурой пСаДз/рСаДБ /рД!хСа1-хДз (х=0,8), где базовый слой рСаДБ получен низкотемпературной диффузией 2п из газовой фазы перед формированием твердого раствора рД!хСа1-хДБ методом жид-
костной эпитаксии на подложках пСаДБ. Концентрация электронов в исходном пСаДБ составляла ~2.1017 см-3, а в слоях рСаДБ и рД!хСа1-хДБ (1...3)1017 см-3 и 3...5 1018 см-3 соответственно. Толщины сильнолегированного и базового слоев были в пределах 5.10 мкм и 3...5мкм соответственно. Омические контакты нанесены путем химического осаждения А§ полосовой формы на поверхности твердого раствора рД!хСа1-хДБ и сплошную форму на торцевую поверхность гетероструктуры с последующим термоотжигом при 675К. На фронтальную поверхность ГФП нанесены также просветляющие слои на основе БЮ2. Исследованные ГФП имели общую площадь ~0,25 см2. Голографическая осветительно-концентрирующая система установлена параллельно плоскости, в которой находится фотоприемная поверхность ГФП [ 3].
СВОЙСТВА GaAs/AlGaAs ГЕТЕРОФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С ГОЛОГРАФИЧЕСКИМ КОНЦЕНТРАТОРОМ
Абдукадыров М. А., Азаматов З. Т., Ахмедова Н. А., Ганиев А. С., Муминов Р. А.
Степень концентрации солнечного излучения Кс определяли из зависимости фототока ф от энергии падающего излучения Е 1ф = МЕ). При воздействии голографического концентратора происходило изменение уровня освещенности до 8000 Вт/м2. Это означает, что степень концентрации солнечного излучения может достигать до Кс = 10. При таком значений Кс свойства ГФП можно изучать в режиме без принудительного охлаждения (охлаждение ГФП осуществляется за счет теплового излучения с его передней и тыльной поверхностью, а нагрев -только за счет воздействия солнечного излучения).
Как показали проведенные исследования, при таком диапазоне изменения Кс будет справедливым уравнение теории тонкого р-п перехода, согласно которой ток короткого замыкания приблизительно равен фототоку и растет пропорционально с изменением уровня освещенности, где имеет место так называемый линейный фотоэлектрический процесс [4]
¡кз = 1 кз Кс=1 Кс , (1)
где Кс=1 - ток короткого замыкания при отсутствии концентрации солнечного потока.
Характер зависимости напряжений холостого хода от степени концентрации солнечного потока описывается выражением
= У„ + кТ/я (К/и, (2)
где Кс0- начальная концентрация солнечного излучения.
При воздействии концентрированного солнечного излучения возникающее омическое поле повышает эффективность разделения носителей на р-п переходе и приводит к улучшению коэффициента заполнения вольт амперной характеристики. С другой стороны, в результате роста фототока с увеличением Кс возможно возрастание потерь на последовательном сопротивлений. Так как, исходная величина последовательного сопротивления в изучаемых ГФП не превышает 1,0 Ом.см2, в исследованном диапазоне Кс энергетические потери на последовательном сопротивлении существенное влияние не оказывает.
Проведенные экспериментальные исследования показали, что с ростом Кс происходит практически линейное увеличение температуры р-п перехода. Температурный коэффициент V,,, в исследованном интервале освещенности изменяется в соответствии с [4], имея отрицательное значение, изменяется от -1,8 до -1,96 мВ/К, тогда как температурный коэффициент ¡кз, имея положительное значение, растет от 2.10-5 до 7.10-5 А/К и зависит от спектра фототока р-п перехода. В образцах, имеющих постоянную полосу фоточувствительности по току температурный градиент ¡кз слабо изменяется. У ГФП, в спектральной характеристике которых отсутствует плато постоянной чувствительности, наблюдается рост тока с увеличением температуры. С увеличением Кс происходит рост температурного коэффициента ¡кз. Исследование температурной зависимости коэффициента полезного действия (КПД) ГФП показали, при температуре Т=310К температурный коэффициент КПД составляет - 0.059 % / К, а при Т=345К - 0,025% / К.
Зависимости максимальной выходной электрической мощности, напряжений холостого хода, коэффициента заполнения ВАХ и коэффициента полезного действия от уровня освещенности приведены в таблице.
Из приведенных экспериментальных данных видно, что рост V,,,, происходит практически во всем исследованном диапазоне энергии падающего излучения. Это свидетельствует о том, что при данных значениях Кс пока еще не достигается существенное влияние температуры р-п перехода благодаря относительно высокой температурной стабильности ГФП [4].
Таблица
Уровень освещенности, мВт/см2
264 440 688 880
Максимальная электрическая мощность, мВт/см2
17,4 53,8 91,4 145,6 176,8
Напряжение холостого хода, В
0.98 1,01
1.03
1.04 1,04
Коэффициент заполнения ВАХ
0,72 0,71 0,71 0,70 0,68
Коэффициент полезного действия, %
19.7 20,3 20,7 21,0 20,1
Коэффициент заполнения ВАХ сохраняется без существенного изменения до уровня освещенности ~450 мВт/см2, после чего происходит его спад. При этом, спад КПД происходит начиная с ~700 мВт/см2. Уменьшение коэффициента заполнения ВАХ и коэффициента полезного действия в диапазоне освещенности, где ток короткого замыкания изменяется по линейному закону, очевидно, связано с изменением рекомби-национного параметра ВАХ р-n перехода, что приводит к увеличению тока насыщения ГФП. Относительное изменение КПД ГФП с ростом Кс составляло ~ 6%, что удовлетворительно согласуется с данными [4]. Полученные результаты подтверждают о том, что степень концентрации Кс =8...9 фактически является рациональным значением Кс для режима работы с пассивным теплоотводом. В целом, экспериментальные данные по свойствам ГФП в исследованном диапазоне концентрации солнечного потока согласуются с расчетными.
Таким образом, голографические покрытия могут быть использованы в качестве концентраторов светового потока в разработке новых типов энергетических систем, преобразующих солнечных потоков с повышенным уровнем освещенности.
Список литературы:
1. Лантратов В.М., Калюжный Н.А., Минтаиров С.А. и др. ФТП. 2007. т. 41. №6. С. 751-755
2. Афян В.В., Вартанян А.В. Сб. статей «Концентраторы солнечного излучения для фотоэлектрических установок» под. ред. В.А. Грили-хеса. Энергоатомиздат. 1986. С. 19-23
3. Муминов Р.А., Азаматов З.Т., Акбарова Н.А. и др. Гелиотехника. 2014. №3. С. 31-32.
4. Грилихес В.А., Орлов П.П., Попов Л.Б. Солнечная энергия и космические полеты. Наука. 1984. 216 с.
