Handbook of Photovoltaic Science and Engineering



Download 12,83 Mb.
Pdf ko'rish
bet75/788
Sana08.06.2022
Hajmi12,83 Mb.
#643538
1   ...   71   72   73   74   75   76   77   78   ...   788
Bog'liq
Photovoltaic science and engineering (1)

3.4.2 Generation Rate
For light incident at the front of the solar cell,
x
= −
W
N
, the optical generation rate takes
the form (see equation 3.35)
G(x)
=
(
1

s)
λ
(
1

r(λ))f (λ)α(λ)
e

α(x
+
W
N
)
d
λ.
(
3
.
105
)
Only photons with
λ

hc/E
G
contribute to the generation rate.
3.4.3 Solution of the Minority-carrier Diffusion Equation
Using the boundary conditions defined by equations (3.96), (3.98), (3.103), and (3.104)
and the generation rate given by equation (3.105), the solution to the minority-carrier
diffusion equation, equation (3.80), is easily shown to be
p
N
(x)
=
A
N
sinh[
(x
+
x
N
)/L
p
]
+
B
N
cosh[
(x
+
x
N
)/L
p
]
+
p
N
(x)
(
3
.
106
)
in the
n
-type region and
n
P
(x)
=
A
P
sinh[
(x

x
P
)/L
n
]
+
B
P
cosh[
(x

x
P
)/L
n
]
+
n
P
(x)
(
3
.
107
)
in the
p
-type region. The particular solutions due to
G(x)
,
p
N
(x)
, and
n
P
(x)
are
given by
p
N
(x)
= −
(
1

s)
λ
τ
p
(L
2
p
α
2

1
)
[1

r(λ)
]
f (λ)α(λ)
e

α(x
+
W
N
)
d
λ
(
3
.
108
)
and
n
P
(x)
= −
(
1

s)
λ
τ
n
(L
2
n
α
2

1
)
[1

r(λ)
]
f (λ)α(λ)
e

α(x
+
W
N
)
d
λ.
(
3
.
109
)
Using the boundary conditions set above,
A
N
, B
N
, A
P
, and
B
P
are easily obtained.
3.4.4 Terminal Characteristics
The minority-carrier current densities in the quasi-neutral regions are just the diffusion
currents, since the electric field is negligible. Using the active sign convention for the
current (since a solar cell is typically thought of as a battery) gives
J
p,N
(x)
= −
qD
p
d
p
N
d
x
(
3
.
110
)


90
THE PHYSICS OF THE SOLAR CELL
and
J
n,P
(x)
=
qD
n
d
n
P
d
x
(
3
.
111
)
The total current is given by
I
=
A
[
J
p
(x)
+
J
n
(x)
]
(
3
.
112
)
and is true everywhere within the solar cell (
A
is the area of the solar cell).
Equations (3.110) and (3.111) give only the hole current in the
n
-type region and the
electron current in the
p
-type region, not both at the same point. However, integrating
equation (3.72), the electron continuity equation, over the depletion region, gives
x
P

x
N
d
J
n
d
x
d
x
d
x

J
n
(x
P
)
− 
J
n
(

x
N
)
=
q
x
P

x
N
[
R(x)

G(x)
] d
x
(
3
.
113
)
G(x)
is easily integrated and the integral of the recombination rate can be approximated
by assuming that the recombination rate is constant within the depletion region and is
R(x
m
)
where
x
m
is the point at which
p
D
(x
m
)
=
n
D
(x
m
)
and corresponds to the maximum
recombination rate in the depletion region. If recombination via a midgap single level trap
is assumed, then, from equations (3.37), (3.99), (3.100), and (3.102), the recombination
rate in the depletion region is
R
D
=
p
D
n
D

n
2
i
τ
n
(p
D
+
n
i
)
+
τ
p
(n
D
+
n
i
)
=
n
2
D

n
2
i

n
+
τ
p
)(n
D
+
n
i
)
=
n
D

n
i

n
+
τ
p
)
=
n
i
(
e
qV /
2
kT

1
)
τ
D
(
3
.
114
)
where
τ
D
is the effective lifetime in the depletion region. From equation (3.113),
J
n
(

x
N
)
,
the majority carrier current at
x
= −
x
N
, can now be written as
J
n
(

x
N
)

J
n
(x
P
)
+
q
x
P

x
N
G(x)
d
x

q
x
P

x
N
R
D
d
x

J
n
(x
P
)
+
q(
1

s)
λ
[1

r(λ)
]
f (λ)
[e

α(W
N

x
N
)

e

α(W
N
+
x
P
)
] d
λ

q
W
D
n
i
τ
D
(
e
qV /
2
kT

1
)
(3.115)
where
W
D
=
x
P
+
x
N
. Substituting into equation (3.112), the total current is now
I
=
A
J
p
(

x
N
)
+
J
n
(x
P
)
+
J
D

q
W
D
n
i
τ
D
(
e
qV /
2
kT

1
)
(
3
.
116
)
where
J
D
=
q(
1

s)
λ
[1

r(λ)
]
f (λ)(
e

α(W
N

x
N
)

e

α(W
N
+
x
P
)
)
d
λ
(
3
.
117
)
is the generation current from the depletion region and A is the area of the solar cell. The
last term of equation (3.116) represents recombination in the space-charge region.


SOLAR CELL FUNDAMENTALS
91
The solutions to the minority-carrier diffusion equation, equations (3.106)
and (3.107), can be used to evaluate the minority-carrier current densities, equa-
tions (3.110) and (3.111). These can then be substituted into equation (3.116), which,
with some algebraic manipulation, yields
I
=
I
SC

I
o
1
(
e
qV /kT

1
)

I
o
2
(
e
qV /
2
kT

1
)
(
3
.
118
)
where
I
SC
is the short-circuit current and is the sum of the contributions from each of
the three regions: the
n
-type region (
I
SC
N
), the depletion region (
I
SCD
=
AJ
D
), and the
p
-type region (
I
SC
P
)
I
SC
=
I
SC
N
+
I
SCD
+
I
SC
P
(
3
.
119
)
where
I
SC
N
=
qAD
p





p
(

x
N
)T
p
1

S
F
,
eff
p
(

W
N
)
+
D
p
d
p
d
x
x
=−
W
N
L
p
T
p
2

d
p
d
x
x
=−
x
N





(3.120)
with
T
p
1
=
D
p
/L
p
sinh[
(W
N

x
N
/L
p
]
+
S
F
,
eff
cosh[
(W
N

x
N
/L
p
]
(3.121)
T
p
2
=
D
p
/L
p
cosh[
(W
N

x
N
)/L
p
]
+
S
F
,
eff
sinh[
(W
N

x
N
)/L
p
]
(3.122)
and
I
SC
P
=
qAD
n





n
(x
P
)T
n
1

S
BSF
n
(W
P
)
+
D
n
d
n
d
x
x
=
W
P
L
n
T
n
2
+
d
n
d
x
x
=
x
P





(3.123)
with
T
n
1
=
D
n
/L
n
sinh[
(W
P

x
P
)/L
n
]
+
S
BSF
cosh[
(W
P

x
P
)/L
n
]
(3.124)
T
n
2
=
D
n
/L
n
cosh[
(W
P

x
P
)/L
n
]
+
S
BSF
sinh[
(W
P

x
P
)/L
n
]
(3.125)
I
o
1
is the dark saturation current due to recombination in the quasi-neutral regions,
I
o
1
=
I
o
1
,p
+
I
o
1
,n
(
3
.
126
)
with
I
o
1
,p
=
qA
n
2
i
N
D
D
p
L
p
D
p
/L
p
sinh[
(W
N

x
N
)/L
p
]
+
S
F
,
eff
cosh[
(W
N

x
N
/L
p
]
D
p
/L
p
cosh[
(W
N

x
N
)/L
p
]
+
S
F
,
eff
sinh[
(W
N

x
N
)/L
p
]
(3.127)


92
THE PHYSICS OF THE SOLAR CELL
and
I
o
1
,n
=
qA
n
2
i
N
A
D
n
L
n
×
D
n
/L
n
sinh[
(W
P

x
P
)/L
n
]
+
S
BSF
cosh[
(W
P

x
P
)/L
n
]
D
n
/L
n
cosh[
(W
P

x
P
)/L
n
]
+
S
BSF
sinh[
(W
P

x
P
)/L
n
]
(3.128)
These are very general expressions for the dark saturation current and reduce to more
familiar forms when appropriate assumptions are made, as will be seen later.
I
o
2
is the dark saturation current due to recombination in the space-charge region,
I
o
2
=
qA
W
D
n
i
τ
D
(
3
.
129
)
and is bias-dependent since the depletion width,
W
D
, is a function of the applied voltage
(equation 3.89).

Download 12,83 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   71   72   73   74   75   76   77   78   ...   788




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©hozir.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling

kiriting | ro'yxatdan o'tish
    Bosh sahifa
юртда тантана
Боғда битган
Бугун юртда
Эшитганлар жилманглар
Эшитмадим деманглар
битган бодомлар
Yangiariq tumani
qitish marakazi
Raqamli texnologiyalar
ilishida muhokamadan
tasdiqqa tavsiya
tavsiya etilgan
iqtisodiyot kafedrasi
steiermarkischen landesregierung
asarlaringizni yuboring
o'zingizning asarlaringizni
Iltimos faqat
faqat o'zingizning
steierm rkischen
landesregierung fachabteilung
rkischen landesregierung
hamshira loyihasi
loyihasi mavsum
faolyatining oqibatlari
asosiy adabiyotlar
fakulteti ahborot
ahborot havfsizligi
havfsizligi kafedrasi
fanidan bo’yicha
fakulteti iqtisodiyot
boshqaruv fakulteti
chiqarishda boshqaruv
ishlab chiqarishda
iqtisodiyot fakultet
multiservis tarmoqlari
fanidan asosiy
Uzbek fanidan
mavzulari potok
asosidagi multiservis
'aliyyil a'ziym
billahil 'aliyyil
illaa billahil
quvvata illaa
falah' deganida
Kompyuter savodxonligi
bo’yicha mustaqil
'alal falah'
Hayya 'alal
'alas soloh
Hayya 'alas
mavsum boyicha


yuklab olish