Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики

Каскадные солнечные элементы

Идея каскадных фотоэлементов обсуждалась с на- чала 1960-х годов и рассматривалась как очевидная, но далекая перспектива для повышения кпд. Ситуа- ция стала меняться в конце 1980-х годов, когда мно- гие исследовательские группы сконцентрировали свои усилия на разработке различных типов двухкаскадных солнечных элементов (рис. 4, 5). На первом этапе луч- шие результаты по кпд были получены в механически стыкованных фотоэлементах, хотя все понимали, что действительно перспективными являются фотоэлементы
стоянной решетки для Si, Ge, соединений A B и их твердых
растворов. Заштрихованные прямоугольники соответствуют ^{интервалам E}g ^{для различных материалов, обеспечивающих}
наивысшие эффективности в солнечных элементах (SC) с 2 и 4 p−n-переходами.



Рис. 5. Кривая 1 — энергетический спектр АМ0 для некон- центрированного солнечного излучения; прямые 2, 3 и 4 — максимальные значения „монохроматической“ эффективности идеализированного СЭ для плотностей фототока j_ph = 0.1, 1.0 и 10 А/см² соответственно, которые зависят от граничной

−

−

−
с монолитной структурой. Такие структуры ранее дру- гих разработали сотрудники NREL (США). Используя германиевые подложки, они вырастили методом МОС ГФЭ многослойные согласованные по периоду решет- ки структуры, в которых верхний фотоэлемент имел p n-переход в твердом растворе In_0.5Ga_0.5P, а нижний фотоэлемент — в GaAs. Последовательное соединение фотоэлементов осуществлялось посредством туннель- ного p n-перехода, специально формируемого между каскадами. В дальнейшем к процессу фотоэлектриче- ского преобразования был подключен и третий каскад с p n-переходом в германиевой подложке (рис. 6). В настоящее время трехкаскадные фотоэлементы (см. таблицу) уже находятся в стадии практического исполь- зования при оснащении космических аппаратов.
^{длины волны λ}d ^{полупроводникового материала; наклонные} линии слева — зависимости эффективности преобразования в идеализированных СЭ на основе материалов In_0.5Ga_0.5P, GaAs и Ge при j_ph = 1.0 А/см²; кривые 5, 6 и 7 показывают части солнечной энергии, преобразуемой в электроэнергию в соответствующих каскадах, составляющих солнечный элемент
с 3 p−n-переходами.

Может показаться, что мы слишком много внимания уделили описанию весьма сложных по структуре и дорогих фотоэлементов на основе соединений A^IIIB^V. Разрабатываемые для довольно узкой и специфической области энергетического применения, каковой является космическая техника, имеют ли они перспективы для

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 8