CC BY
38УДК 621.315.592 Аликулов М.Н.
ЗОНАЛАРАРО РЕКОМБИНАЦИЯ ТЕЗЛИГИНИНГ ЯРИМ УТКАЗГИЧЛАР ЗОНАЛАРИ ТУЗИЛИШИГА БОГЛЩЛИГИ
Аликулов М. Н.- ф.-м.ф.н., доцент (КарМИИ)
В статье изучена зависимость рекомбинационных процессов в полупроводниках от структуры их зоны. Обоснованы преимущества применения полупроводников с непрямые зонами при производстве солнечных батарей.
Ключевые слова: кремний, фотоэлемент, рекомбинация, полупроводник, фоточувствительность, солнечная батарея.
This article researches the dependence of recombination processes that occur in semiconductors on the structure of semiconductor zones. The advantages of using faulty zonal semiconductors in the development of solar cells have been substantiated.
Key words: silicon, solar cell, recombination, semiconductor, photosensitivity, solar
battery.
Узбекистоннинг усиб бораётган ах,оли сони, иктисоди х,ар йили электр энергиясига булган э^тиёжни 5 фоизга ошириб келмокда. 2030 йилгача Узбекистонда электр энергияси ишлаб чикариш куввати 25000 мегаваттга ёки йиллик электр энергияси ишлаб чикариш хджмини 120 миллиард соатга етказиш талаб этилади.
Электр энергиясига булган э^тиёжларни коплаш максадида мукобил энергия манбаларини излаб топиш ва улардан самарали фойдаланиш мух,им ахдмият касб этмокда. Мукобил энергия манбаларидан куёш энергияси, шамол энергияси, денгиз сувларининг энергияси, биогазлар энергияларини эътироф этиш мумкин.
Мукобил энергия манбалари орасида куёш энергияси алох,ида урин тутади. Биринчидан, куёш энергиясини электр энергиясига айлантириб берадиган куёш электр станциялари тузилишининг оддийлиги, хавфсизлиги, экологик софлиги ва узок муддатларда фойдаланиш мумкинлиги билан бошка мукобил энергия манбаларидан ажралиб туради. Иккинчидан мутахассисларнинг таъкидлашича, ер курраси х,ар куни куёшдан 174 петаваттга тенг микдорда энергия кабул килиб олади. Йилнинг 300 куни куёшли булган мамлакатимиз куёш нуридан энергия олиш технологияларини куллаш учун жуда кулай.
Республикамизда 2030 йилга кадар 3500 минг мегаватт кувватга эга булган куёш ва шамол электр станцияларини ишга тушириш режалаштирилган. Келаётган 10 йил ичида Узбекистонда 25 та куёш электр станцияси ишга туширилади.
Х,озирги кунда куёш батареялари ёрдамида ишлаб чикарилаётган электр энергияни иссиклик, атом ва гидроэлектрсанцияларида ишлаб чикилаётган электр энергиялардан куп марта киммат тушмокда. Шунинг учун олимлар ва куёш батареяларини ишлаб чикарувчи инженерлар олдида куёш батареяларини такомиллаштириш ва электр энергиянинг тан нархини пасайтириш муаммоси турибди. Куёш элементларидан олинаётган электр энергиясининг асосий нархини куёш батареяларида ишлаётган яримутказгич материал-ларининг кимматлиги сабаб булмокда. Куёш энергиясида ишлаётган асосий яримутказгич материал кремний булиб колмокда. Х,озирги олимларнинг асосий кучи куёш батареялари учун ярокли булмаган арзон кремний олиш учун сарфланмокда. Булар асосан поли кристаллар ва аморфкремний булиб, водород билан туйинтирилган ва утказувчан тагликка чанглатилган етарлича юпка плёнкадир. Куёш элементларини арзонлаштириш йулларидан яна бири технологияни соддалаштиришдан иборатдир. Хусусан киммат тушадиган юкори температурали диффузия операциясидан воз кечишдир. Бунда яна заряд ташувчиларнинг яшаш вактларини камайишдан х,ам кутиламиз. Бунда заряд ташувчиларнинг диффузия узунлиги камаяди. Них,оят элементларни таннархини камайтиришнинг яна бир йули куёш
элементининг янги иш тамойилларидан фойдаланиш ёки кимматбах,о яримутказгич материалини танлаш максадида куёш энергиясининг концентраторларидан фойдаланиш булиши мумкин.
Технологик жараёнлар киммат тушадиган юкори температурали диффузия жараёнларидан воз кечиш оркали куёш батареяларини арзонлаштириш ва уларни фойдали иш коэффициентини орттириш хдмда заряд ташувчиларни яшаш вактини ошириш йулида х,ам катор илмий-тадкикот ишлари олиб борилган [1-5]. [6-12] ишларда муаллифлар томонидан ярим утказгичли куёш батареяларининг ёругликка сезгирлиги ярим утказгич-ларда содир буладиган рекомбинация тезлигига ва заряд ташувчиларнинг яшаш вактига богликлиги урганилган.
Ушбу маколада ярим утказгичларда рекомбинация тезлигининг ярим утказгичлар зоналарининг тузилишига богликлиги урганилган.
Маълумки ярим утказгичлар зоналарининг тузилишига кура 2 хил булади:
1.Тугри зонали ярим утказгичлар.
2.Нотугри зонали ярим утказгичлар
Агар утказувчанлик зонаси (Ес) нинг туби билан, валент зонаси (Еу) нинг шипи бир-бирига мос келса бундай ярим утказгичлар тугри зонали ярим утказгичлар дейилади.
Дастлаб тугри зонали ярим утказгичлар учун рекомбинация жараёнларини куриб чикамиз (1-расм). Рекомбинация жараёнлари учун сакланиш конунлари куйидагича ёзилади:
1-расм. Тугри зонали ярим утказгич-ларда рекомбинация жараёни.
2-расм. Нотугри зонали ярим утказгичларда тугри оптик утиш оркали рекомбинация жараёни.
Еу — Ес
ку — к^ —
-- 108 см"1
2л
104+ 105см
-1
Ьш - энергиянинг сакланиш конуни - д - импульснинг сакланиш конуни
бунда, к — ^
фотон тулкин векторининг тартиби. Электроннинг утказувчанлик зонасидан валент зонасига (п ^ т) утиш э^тимоллиги
Ш — Шпт[1 — /(£„(% /[Еу(к^] тулкин вектори к га тенг булган ковакни валент зонасида булиш э^тимоллиги куйидагига тенг
™ — о!—^—, [1 -Ш(Ю]
3 4 п£0Ьс (тс)2 [ ]
бунда ^-ёругликнинг циклик частотаси, ш-электрон массаси, Р —электронни кс х,олатдан
ку х,олатга утиш матрица элементи.
ш = уг^р, ^ = 1 -ПЕу(Ю)
уг = - рекомбинация коэффиценти.
Бу ифодаларни бахдлаб курамиз |< кс\Р\ку >\2 ~ ту, Т = 300оС, = 1019см_3, ш = 2105см_1, уг = 2 • 10_13см3/с, п = 1015см_3 булганда заряд ташувчиларнинг яшаш вакти
т=— = 5 • 10_4сек га тенг булади.
уг-п
агар, п = 1019см_3 булганда т=0,5 ткс кийматга эга булади.
Энди нотугри зонали ярим утказгичларда содир буладиган рекомбинация жараёнлари билан танишамиз.
Электроннинг Ес(к) х,олатдан Еу(кс) х,олатга [Ес(к) ^ Еу(кс)] хдмда Ес(ку) х,олатдан Еу(к) х,олатга [Ес(ку) ^ Еу(к)] тугри оптик утиш э^тимолликлари кичик булади (2-расм).
Электронларни утказувчанлик зонасидан валент зонасига тугри оптик утишлар оркали утиш э^тимоллиги
п • р Ес(ку)-Ес Еу-Еу(кс)
Ш =-е кт • е кт
М/ • N.
с
куринишда булади. Ес(ку) — Ес ~ 0,5 эВ, Т=300 К, кийматлардан фойдаланиб юкоридаги э^тимоллик бах,оланганда электронларни тугри оптик утиш э^тимоллиги нотугри зонали ярим утказгичларда тугри зонали ярим утказгичларга нисбатан ~ 2 • 109 марта кичик булар экан.
3-расм. Нотугри зонали ярим утказгичларда оралик х,олатлар оркали рекомбинация
жараёни
Нотугри зонали ярим утказгичларда рекомбинация жараёни оралик х,олатлар оркали х,ам х,осил булади (3-расм). Электрон оралик х,олат оркали утказувчанлик зонасидан валент зонасига утади. Сакланиш конунларига кура нотугри зонали ярим утказгичларда рекомбинация жараёни содир булиши учун электрон фонон ютади ёки чикаради. Демак, сакланиш конунлари куйидагича ёзилади:
кп=кт + 9 ± кф0н0н - импульснинг сакланиш конуни.
Еп = Ет — ± Еф0н0н- энергиянинг сакланиш конуни. Электроннинг т х,олатдан п х,олатга утиш э^тимоллиги куйидагича ифодаланади
< ш|Я|/ >< /|Я|п > Wm х " '
= 1
тп / р — р
г—1 вт
]Фт
Эхтимоллик нотугри зонали ярим утказгичларда тугри зонали ярим утказгичларга нисбатан кичик булади. Нотугри зонали ярим утказгичларда рекомбинация тезлиги хам тугри зонали ярим утказгичларга нисбатан кичик булар экан. Демак нотугри зонали ярим утказгичларда заряд ташувчиларнинг яшаш вакти, тугри зонали ярим утказгичлардаги заряд ташувчиларнинг яшаш вактига нисбатан катта булар экан.
Хулоса килиб айтганда, ярим утказгичли материаллар асосида ёругликка сезгирлиги юкори булган куёш батареяларини ясаш учун нотугри зонали ярим утказгилардан фойдаланиш максадга мувофик.
АДАБИЁТЛАР
1. Современные проблемы полупроводниковой фотоэнергетики: Пер. с англ./ Под ред. Т.Коутса, Дж. Микина. - М.: Мир, 1988.
2. Ольховский Г.Г. Глобальные проблемы энергетики //Электрические станции. - М.: 2005. №1. с.4 - 10.
3. Гуламова М.А., Потаенко К.Д ., Турсунов М.Н., и др. Солнечные элементы из отходов монокремния серийного производства. // Гелиотехника, 1990, №4.
4. Афанасьев В.П., Теруков Е.И., Шерченков А.А. Тонкопленочные солнечные элементы на основе кремния. 2-е изд. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ«ЛЭТИ», 2011.
5. Кашкаров А.П. Ветрогенераторы, солнечные батареи и другие полезные конструкции-М.: дМк Пресс, 2011.
6. Аликулов М.Н., Саъдуллаев А. Рекомбинация ходисасини ярим утказгичли материалларнинг фотосезгирлигига таъсири //Олий ва урта махсус, касб хунар таълимида аник ва табиий фанларнинг узаро алокадорлик ва узвийлиги масалалари мавзусидаги Республика илмий - назарий анжумани материаллари. -^арши, 2014 йил, -Б.444-445.
7. Аликулов М.Н., Саъдуллаев А. Ярим утказгичларда фотоэлектрик ходисалар //^ишлок хужалиги ва транспортда ресурстежамкор техника, технологияларни яратиш, самарали фойдаланиш ва сервиси муаммолари мавзусидаги Республика илмий-амалий анжумани. -К^рши, 2015 йил, -Б.214-216.
8. Аликулов М.Н. Ярим утказгичли фотоэлементларнинг фотосезгирлигини махаллий марказлар оркали буладиган рекомбинацияга богликлиги //Иктисодиётни модернизация килиш ва технологик янгилаш шароитида фан-таълим-ишлаб чикариш интеграциясини ривожлантириш муаммолари ва ечимлари мавзусидаги Республика илмий-амалий анжумани материаллари. -^арши, 2015 йил, -Б.27-29.
9. Аликулов М.Н. Фотоэлементлар фотосезгирлигига киринди марказлари ва рекомбина-ция жараёнларининг таъсири //"Инновацион технологиялар" журнали. -^арши, 2016 йил, №3, -Б. 21-26.
10. Аликулов М.Н. Фотоэлементларда юз берадиган фотоэлектрик ходисалар. //Кончилик ва нефть-газ тармокларининг муаммолари ва инно-вацион ривожлантириш йуллари мавзусидаги Республика илмий-амалий анжуман материаллари. -^арши, 2016 йил, -Б.340-341.
11. Аликулов М.Н. Фотоэлементларда юз берадиган рекомбинация жараёнлари //Ишлаб чикариш корхоналарининг энергия тежамкорлик ва энергия самарадорлик муаммоларини ечишда инновацион технологияларнинг ахамия-ти мавзусидаги Республика илмий-амалий анжумани. - ^арши, 2016 йил, -Б. 201-203.
12. Аликулов M.H. Влияние примесных центров и процессов рекомбинации на фоточувствительность фотоэлементов //Сибирский физический журнал. 2018 г. Том 13. №2. -С. 80-86.
