CC BY
12Солнечные электростанции Solar thermal plants
ТЕРМОФОТОВОЛЬТАИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА ОСНОВЕ AVBVI ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАННОГО СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
А. А. Байрамов, Н. А. Сафаров, Г. М. Ахмедов, В. Д. Шукюрова*
Институт Физики Национальной Академии Наук пр. Г. Джавида 33, AZ 1143, Баку, Азербайджан E-mail: bayramov_azad@mail.ru
* Сумгаитский Государственный Университет, Азербайджан
Рассматриваются проблемы преобразования концентрированной солнечной энергии в электрическую посредством термофотовольтаических систем на основе АУВУ1. В качестве р-п-перехо-дов предлагается использовать монокристаллы В^Те3 р-типа и В^е3 п-типа проводимости. Показано, что преимуществом термофотовольтаических элементов на основе АУВУ1 в сравнении с традиционными солнечными элементами являются чувствительность в широком спектре и стабильность при концентрированном солнечном излучении. С целью управления технологией для увеличения эффективности этих устройств было проведено моделирование солнечных элементов с термофотовольтаическими преобразователями.
Предлагаемая нами двухразмерная структура солнечных элементов для концентрированного излучения не позволяет нам использовать обычный одноразмерный анализ, поэтому необходимо использовать процедуру двухмерного анализа [1]. Используя преимущества периодичной (полосковой) структуры, можно получить аналитическое решение непрерывных уравнений для объемной области с граничными условиями, определенными стандартным уравнением перехода при переходе от границ в область объема. Для наших структур нами была использована методика моделирования и уравнения, описанная в [2]. Эти результаты были использованы для проектирования элементов.
Монокристаллы В^Те3 были получены синтезом начальных компонент в течение 48 ч в кварцевых ампулах. Образцы были р-типа проводимости с концентрацией носителей 1,1х1019 см-3. Bi2Se3 был получен методом дискретного термального напыления на подложки из свежесколотого монокристалла В^е3 в плоскости (0001). Пленки были п-типа проводимости с концентрацией носителей 1,1х1019см-3 [3].
Р-п гетеропереходы получались методом высокотемпературного отжига образцов Si. Р-п гетеропереходы являются при этом плавными. Коэффициент выпрямления при 0,15 В составляет 30-40. Управление свойствами пленок непосредственно в процессе их конденсации дает возможность в едином технологическом цикле формиро-
вать р-п гетероструктуры с заданной концентрацией носителей заряда. Пленки с наилучшими параметрами получаются при напылении на подложку с температурой 250-280 °С, с последующим отжигом в течении 20-30 мин. Пленочные полосковые р-п структуры р-В^Те3-п-В^е3, полученные методом дискретного термического испарения в едином технологическом цикле, пригодны для использования в низковольтных выпрямляющих устройствах.
При пространственном моделировании эффекты сильного легирования были включены в модель [2]. Результаты моделирования разрешения показаны на рис.1. Значительное падение разрешения для п+рр+ было наблюдено во многих лабораториях [5]. Модель точно показывает, что уменьшение происходит вследствие потери модуляции проводимости в базе ячейке.
Сравнение результатов расчетов фактора заполнения для стандартной ячейки при освещении 100 солнц с 1-размерной и 2-размерной моде-
0,4 0,6
Напряжение, В
Рис. 1. Сравнение разрешения р+пп+ и п+рр+ ячеек: точки — эксперимент
лями показано на рис. 2. Ячейка, которая обычно одноразмерна, при высоких интенсивностях требует двухразмерного анализа. В этом случае при высоких интенсивностях 1-размерный анализ завышивает фактор заполнения ячейки. Сравнение 1-0 и 2-0 моделей также показывает, что
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE №5(37) (2006) Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» АЭЭ № 5(37) (2006)
Солнечные электростанции
1-D модель преуменьшает эффекты поверхностной рекомбинации.
Список литература
1. Backus C. // "A Historical Perspective on Concentrator Photovoltaics," International Solar Concentrator Conference for the Generation of Electricity or Hydrogen, Alice Springs, Australia., 2003.
2. Abdullayev G. B., Iskenderov S. O., Ahme-dov G. M. Obtaining and investigation of Bi2Te3 and Bi2Se3 monocrystal // Proc.IV All-Union seminar on chemistry and technology of chalcogen and chal-cogenide semiconductor. Karaganda,1990, P. 406.
3. Gray J., Schwartz R. Two-Dimensional Computer Simulation of Single Crystal Silicon Concentrator Cells // 17 IEEE Photovoltaic Specialist Conference, Kissimmee, PL,984, P. 1297.
4. Swanson R., Beckwith S., Crane R., Eades W., KwarkY., SintonR. and SwirhunS. Point Contact Concentrator Solar Cells // IEEE Electron Devices, Vol. ED-31, No. 5, May 1984, P. 661-664.
0,60 -I-1-1-1
100 101 102 103 Концентрация (AM1)
Рис. 2. 1-размерная (I) и 2-размерная (II) модели в сравнении с экспериментально определенным фактором заполнения обычной ячейки при высоких интенсивностях
THERMOPHOTOVOLTAIC CONVERTERS ON THE BASIS AVBVI FOR HIGH CONCENTRATION
SOLAR RADIATION
A. A. Bayramov, N. A. Safarov, G. M. Akhmedov, V. D. Shukurova*
Institute of Physics of Azerbaijan National Academy of Sciences G. Javid av. 33, Baku, AZ 1143, Azerbaijan E-mail: bayramov_azad@mail.ru
* State University of Sumqait, Azerbaijan
The problems of a solar energy conversion to electrical power by means of thermophotovoltaic systems on base AVBVI are considered for high concentration solar radiation. As p-n-junctions it is offered to use monocrystals Bi2Te3 p-type and Bi2Se3 n-type conduction. It is demonstrated, that the wide spectrum of sensitivity and stability to the concentrated solar radiation of thermophoto-voltaic elements on the basis of AVBVI are advantage in comparison with traditional solar cells. The accurate modelling of concentrator solar cells with thermophotovoltaic converters is absolutely necessary in order to guide the technology to increase the performance of these devices.
Offered the inherent two-dimensional nature of the concentrated solar cell did not allow the use of a conventional one dimensional analysis and a two dimensional design procedure needed to be used [1]. By taking advantage of periodicity (strip) of the structure, an analytic solution to the continuity equations could be obtained for the bulk region with the boundary conditions set by the conventional "law of the junction" at the junction boundaries to the bulk region. For our structures we had been used a procedure of simulation analysis and the equations featured in [2]. These results were used to design the cells.
Monocrystals of Bi2Te3 have been obtained by synthesis of initial components during 48 hours in quartz ampoules. Samples were p-type conductivity, with concentration of carrier's 1,1x1019 cm-3. Bi2Se3 have been obtained by a method of discrete thermal evaporation on substrates of latest chopped off monocrystal of Bi2Se3 in a (0001) plane. A film were n-type conductivity with concentration of carrier's 1,1x1019cm-3 [3].
The p-n heterojunctions have been obtained by a method high-temperature annealing samples of Si. The p-n heterojunctions are thus smooth. The factor of straightening at 0,15 V is 30-40. Management of properties film is direct during their condensation enables to form in a uniform work cycle the p-n heterotransition with the set concentration of charge carriers. A film with the best parameters have been obtained at evaporation on a substrate with temperature 250-280 oC, with the subsequent annealing during 20-30 minutes. Film strip p-n structures of p-Bi2Te3 - n-Bi2Se3, received by a method of discrete thermal evaporation in a uniform work cycle, are suitable for use in low-voltage straightening devices.
Dimensional modeling effort were that heavy doping effects were incorporated into the model, if the open circuit voltage was to be properly mod-
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE №5(37) (2006) ИЗ
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» АЭЭ №5(37) (2006) II3
Солнечная энергетика
Fig. 1. A comparison of p+nn+ cells and n+pp+ cell performance: points — experiment
elled [2]. The results of modeling performance are shown in fig. 1. The significant drop in performance for the n+pp+ had been observed in a number of laboratories [4]. The model correctly showed that the decrease was due to a loss of conductivity modulation in the base of the cell.
A comparison of the results of calculating the fill factor for a conventional cell at 100 suns with a 1-dimensional and a 2-dimensional model is shown in fig. 2. The cell that is usually thought of as being one dimensional in its behaviour requires a two dimensional analysis at high intensities. In this case the 1-dimensional analysis over estimates the fill factor of the cell at high intensities. A comparison of the 1-D and 2-D models also shows that the 1-D model underestimates the effects of surface recombination.
0,80
d 0,70
0,60
• Experiment
100 101 102 Concentration (AMI)
103
Fig. 2. 1-dimensional (I) and 2-dimensional (II) models compared to experimentally determined fill factors of a conventional cell operated at high intensities
References
1. Backus C. A Historical Perspective on Concentrator Photovoltaics, International Solar Concentrator Conference for the Generation of Electricity or Hydrogen // Alice Springs, Australia, 2003.
2. Gray J., Schwartz R. Two-Dimensional Computer Simulation of Single Crystal Silicon Concentrator Cells // 17 IEEE Photovoltaic Specialist Conference, Kissimmee, PL, 1984, P. 1297.
3. Abdullayev G. B., Iskenderov S. O., Ahme-dov G. M. Obtaining and investigation of Bi2Te3 h Bi2Se3 monocrystal. // Proc. IV All-Union seminar on chemistry and technology of chalcogen and chalcogenide semiconductor. Karaganda, 1990, P.406.
4. Swanson R., Beckwith S., Crane R., Eades W., Kwark Y., Sinton R. and Swirhun S. Point Contact Concentrator Solar Cells // IEEE Electron Devices, Vol. ED-31, No. 5, May 1984, P. 661.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE №5(37) (2006) Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» АЭЭ № 5(37) (2006)
