ТЕМПЕРАТУРНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА КОЭФФИЦИЕНТ НЕИДЕАЛЬНОСТИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СОЛНЕЧНОГО ЭЛЕМЕНТА Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 621.315.592

Ллиназарова М.А., доктор философии (PhD) по физико-математическим наукам старший преподаватель кафедра методики точных и естественных наук центр повышения квалификации преподавателей

Наманганской области

ТЕМПЕРАТУРНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА КОЭФФИЦИЕНТ НЕИДЕАЛЬНОСТИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

СОЛНЕЧНОГО ЭЛЕМЕНТА

Аннотация: Рассмотрена влияние температуры на значения коэффициента неидеальности ВАХ освещенного СЭ. Получены полуэмпирические выражения для определения температурной зависимости коэффициента не идеальности ВАХ освещенного полупроводникового СЭ. Паказано, что значение коэффициента не идеалности фото ВАХ СЭ имеет разное значение для разных точек фото ВАХ а также что его значение почти не зависит от температуры в интервале 160 K < T < 500 K.

Ключевые слова: солнечный элемент, коэффициент не идеальности фото ВАХ, эффективные фото ток, эффективные напряжение, влияние температуры, значения фотогальванических характеристик.

Alinazarova M. A., Doctor of Philosophy (PhD )in Physical and Mathematical

Sciences senior lecturer

department of methods of exact and natural sciences center for advanced training of teachers of Namangan region

TEMPERATURE EFFECT ON THE COEFFICIENT NON-IDEAL PHOTOVOLTAIC PARAMETERS OF A SOLAR CELL

Abstract: Influence of temperature on values offill factor of I-V characteristic illuminated solar cell investigated. Semi-empirical expressions for definition of temperature dependence of fill factor of I-V characteristic illuminated solar cell investigated semiconductor solar cell are received. It is shown that its value does not depend almost on temperature in the range of 160 K <T <500 K.

Keywords: The Silicon Solar CelL, fill factor ofI- V, an effective photocurrent of short circuit, effective voltage of open circuit, influence of temperature.

Известно, что плотность фототока в цепи освещенного солнечного элемента (СЭ) определяется выражением:

Jф J 0

exp

qU

у nkT ;

- 1

кз

где _/0- плотность тока насыщения СЭ, Ц-напряжение и ]кз- плотность тока короткого замыкания. Из этой формулы для коэффициента не идеальности ВАХ освещенного СЭ можно получить выражение:

п =

дЦ

1

кТ ,, ]ф + Лз + ] 0,

—-:-)

(4)

0

Однако, используя это выражение, температурную зависимость коэффициента не идеальности ВАХ освещенного СЭ можно определить только экспериментальным путем, так как, нет выражения определяющее температурную зависимость напряжения и плотности фототока.

В работах [1, 2] исследованы корреляция между напряжением холостого хода (ихх), плотностью тока короткого замыкания (Лз), эффективного напряжения (Цф) и эффективной плотностью тока (ф от температуры в интервале 200К<Т<500£" и был сделан вывод о том, что коэффициент не идеальности ВАХ не зависят от температуры. В точке, где определяется плотность тока короткого замыкания, значение этого коэффициента близка к 1 (п«й). А в точке, при котором определяется эффективние значения фотогальванических характеристик больше 2 (п>2). Из этого следует, что значение коэффициента не идеальности ВАХ освещенного СЭ различаются на различных точках ВАХ. Действительно, коэффициент не идеальности ВАХ освещенного СЭ определяется выбранной точкой кривой фототока [3], поэтому он не может иметь одинаковое значение на различных точках ВАХ. Так, как в точке определения напряжение холостого хода, фототок равен нулю и при этом значение коэффициента не идеальности ВАХ близко к 1 [4].

Принимая во внимание вышесказанное, настоящая работа посвящена исследованию температурной зависимости коэффициента не идеальности ВАХ СЭ.

В работе [2] для плотности тока насыщения, напряжению холостого хода и плотности тока короткого замыкания при Т0 = 300 К, получены следующие выражения,

" " (5)

(6) (7)

к 0 = к 00 еХР

др(± _ 1)

к Т0 Т Т

ихх = (Ц0хх _Ф)~ + Р

Т

Г»

} кз = к00 ехР

Щ± _ 1)

к Т Т

др Ц0хх_|+!0_)

пгкТ0

(-

Р

Т

1 0

Т

_ 1

где -и - и 00 - напряжение холостого хода и плотность тока насыщения, при температуре Т0 = 300 К, п1- коэффициент не идеальности ВАХ в точке где определяется плотность тока короткого замыкания (точка 1), ф высота потенциального барьера СЭ. Как известно, потенциальный барьер СЭ тоже зависит от температуры в явном виде:

(р = % _ГТ, (8)

где фо- высота потенциального барьера СЭ при температуре абсолютного нуля, у-температурный коэффициент потенциального барьера, а его значение для основных полупроводников лежит в диапазоне у = 5*10-3 ^ 5*10-5 В / К.

Когда фототок равен нулю, выходное напряжение СЭ является напряжением холостого хода, поэтому из (3) можно получить следующую формулу:

*=1 . • (9)

kT ^ + Jо ^ ]0

Подставляя (5) - (8), (10) и (11) в соответствующие формулы (9) и (12), получим выражение, для температурной зависимости коэффициента не идеальности ВАХ освещенного СЭ.

В работе [4] для эффективних значений напряжения и плотности тока СЭ получены следующие выражения:

иэф = 1п ^ пК , (10)

] эф ~ ] к.

- ]0 _ 1 _]

(11)

где п2- значение коэффициента не идеальности ВАХ в точке определения эффективних значений фотогальванических характеристик СЭ (точка 2).

Когда напряжение равно эффективному значению, плотность фототока также будет равна ее эффективному значению. Поэтому для коэффициента не идеальности ВАХ из формулы (3) можно получить:

* = --Цф . 1 . (12)

кТ , , ]эф + ]кз + ]0 ч

Ц—ф-;-)

]о .

Результаты расчета температурной зависимости коэффициента не идеальности ВАХ в точке определения тока короткого замыкания по выражению (9) для СЭ, изготовленных на основе свидетельствуют о ее ничтожности. Другими словами, коэффициент не идеальности ВАХ освещенного СЭ не зависит от температуры в интервале 160 К < Т < 500 К. При этом выполнены расчеты для значений параметров: ]00 = 3,468х10-10 А/см2, ф0 =1,12 В и у =2*10-4 В/К и значение для коэффициента составляет п1= 1,0018.

В таблице приведены результаты расчетов для СЭ на основе полупроводников для температурной зависимости коэффициента не идеальности ВАХ в точке опредения эффективного значения фотогальванических характеристик.

Как следует из таблицы, коэффициент не идеальности ВАХ слабо зависит от температуры в диапазоне 160 К < Т < 500 К; диапазон изменений коэффициента при этом составляет 2,1 < п2 <2,3. Считаем, что эти изменения происходить из за более существенного изменения фототока в точке определения эффективных значений фотогальванических характеристик. Эти

расчеты выполнялись для значений _/00 = 3,468х10-10 А/см2, ф0 =1,12 В и у =2*10-4 В/К. Максимальное значение коэффициента составляло п2 = 2,5.

Таблица

Температурная зависимость коэффициента не идеальности ВАХ _кремниевых СЭ, вычисленная для эффективной точки_

T, K 163 183 203 223 243 263 283 303 323

N 2.2177 2.2189 2.2200 2.2212 2.2223 2.2234 2.2245 2.2256 2.2267

T, K 343 363 383 403 423 443 463 483 503

N 2.2278 2.2288 2.2299 2.2309 2.2320 2.2330 2.2340 2.2351 2.2361

Значение фототока в кремниевых структурах в 105^106 раз превышает значение темнового тока. Поэтому влияние температуры на темп рекомбинации носителей заряда в области объемного заряда ^-«-перехода и, следовательно, на коэффициент не идеальности ВАХ для освещенного СЭ является несущественным. Не большое изменение значений п в эффективной точке ВАХ освещенного СЭ с температурой в основном связано с изменением последовательного и шунтирующего сопротивления кремниевой структуры с поверхностными омическими контактами. Следовательно, с физической точки зрения, можно считать более целесообразным использование уравнения (12) в экспериментальных задачах физики полупроводниковых приборов.

Таким образом, в настоящей работе исследовано влияние температуры на значения коэффициента не идеальности ВАХ освещенного СЭ. Получены полуэмпирические выражения для определения температурной зависимости коэффициента не идеальности ВАХ освещенного полупроводникового СЭ. Показано, что его значение почти не зависит от температуры в интервале 160 K < T < 500 K.

Использованные источники:

[1] Aliev R., Ikramov R.G., Alinazarova M.A., Ismanova O.T. // Applied Solar Energy, 2009, Vol.45, No.3, pp. 148-150.

[2] Алиев Р., Алиназарова М.А., Икрамов Р.Г., Исманова О.Т. // Гелиотехника, 2011, №2, С. 38-41.

[3] C. Зи. Физика полупроводниковых приборов 2-часть. Москва: «Мир». 1984. -456 с.

[4] Алиев Р., Икрамов Р.Г., Исманова О.Т., Алиназарова М.А. // Гелиотехника, 2011, №1, С. 61-64.