Аналіз механізмів підвищення ефективності промислових кремнієвих сонячних батарей

Автори М.В. Кіріченко1 , Р.В. Зайцев1 , K.О. Мінакова1, О.М. Чугай2, С.В. Олійник2, С.Ю. Білик1, Б.О. Стисло1
Приналежність

1 Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», вул. Кирпичова 2, 61002 Харків, Україна

2 Національний аерокосмічний університет «Харківський авіаційний інститут», вул. Чкалова, 17, 61000 Харків, Україна

Е-mail
Випуск Том 13, Рік 2021, Номер 6
Дати Одержано 12 квітня 2021; у відредагованій формі 09 грудня 2021; опубліковано online 20 грудня 2021
Посилання М.В. Кіріченко1, Р.В. Зайцев та ін., Ж. нано- електрон. фіз. 13 № 6, 06026 (2021)
DOI https://doi.org/10.21272/jnep.13(6).06026
PACS Number(s) 78.55.Ap, 89.20.Bb
Ключові слова Кремній (82) , Фотоелектричні перетворювачі (6) , Сонячна енергія (5) , PV/T системи, Електричні параметри (6) , Ефективність (26) , Моделювання (75) , Оптимізація (15) .
Анотація

Досліджено можливості підвищення ефективності понад 20 % для кремнієвих фотоелектричних перетворювачів китайського виробництва. Методом комп'ютерного моделювання встановлено, що реалізовані в таких фотоелектричних перетворювачах часи життя нерівноважних носіїв заряду, які складають 520 мкс, не обмежують можливість збільшення їх ККД понад 20 %. Показано, що збільшення густини фотоструму до 43,1 мА/см2 призводить до зростання ККД до 20,1 %, а зниження густини діодного струму насичення до 3,1∙10 – 14 A/см2 зумовлює зростання ККД до 20,4 %. Одночасна зміна цих діодних характеристик призводить до збільшення ККД до 23,1 %. У роботі пропонуються фізико-технологічні підходи для збільшення густини фотоструму і зменшення густини діодного струму насичення в готових фотоелектричних перетворювачах. У статті проведено дослідження впливу робочої температури на ефективність кристалічних кремнієвих фотоелектричних перетворювачів. Показано, що зі зростанням робочої температури відносне зниження ККД монокристалічних приладів становить – 0,7 відн. %/C, що істотно вище, ніж в приладових структурах європейського виробництва і обумовлено нетрадиційним зниженням густини струму короткого замикання. Математичне моделювання впливу світлових діодних характеристик на ККД кристалічних кремнієвих сонячних елементів показало, що зменшення ефективності приладових структур при збільшенні робочої температури обумовлено не тільки зростанням густини діодного струму насичення з 10 – 13 до 3⋅10 – 13 А, що складає 300 %, але й зниженням шунтуючого опору з 2,5 до 1,5 кОм. Дослідження впливу робочої температури на діодний струм насичення показало, що висота потенційного бар'єру в досліджених кремнієвих фотоелектричних перетворювачах складає 0,87 еВ, що обумовлено недостанім рівнем легування базового матеріалу. Обмеженість висоти потенційного бар'єру призводить до нетрадиційного зниження електроопору, що шунтує, при збільшенні робочої температури.

Перелік посилань