Узбекистан академия наук республики узбекистан

 
Световая вольтамперная характеристика. 
При исследовании оптических свойств 
солнечного элемента с нано размерными гетеро переходами каждый из них 

---

376 
рассматривается как идеальный р-п переход [14-19]. Они расположены на поверхности в 
строгом шахматном порядке, эквивалентная схема функционирования которых легко 
представить в виде параллельно соединенных друг с другом цепь однородных фотодиодов. 
Каждый из них обладает самостоятельным «генератором»
 G 
светового тока 
I
L
. Подобные 
эффективные преобразователи с многими р-п переходами подробно изучены в работе [20-
21]. 
Рис. 1. Эквивалентная схема солнечного элемента с наноразмерным гетеро 
переходом. 
Из эквивалентной схемы электрической цепи видно, что световой ток I
L
отдельного 
фотодиода разветвляется на I
о
– ток, обеспечивающий его функционирование, и на I
s 
- ток, 
протекающий через внешние по отношению к контактной структуре сопротивление ρ = 
R
s
R
sh
/(R
s 
+ R
sh
) (с последующим перетеканием на сопротивление внешней нагрузки R), то 
есть I
L
= I
s
+ I
о
.
Здесь R
s 
- сопротивление монокристаллического участка нано размерного p-n 
перехода, а R
sh 
- сопротивление бесструктурной части подложки и контакта барьера 
Шоттки.
В свою очередь, I
о
= I
d 
+ U
р
/R
р
, где U
р
/R
р 
- ток диода через внутреннее параллельное 
сопротивление R
р
, а I
d
= I
oo
·(e
αUp 
- 1) - диодный ток. Таким образом, световая вольтамперная 
характеристика каждой одиночной контактной структуры на поверхности солнечного 
элемента имеет вид: 
I
s 
= I
L 
- I
d 
- U
р
/R
р
(1) 
Рис.2. 
Непосредственно на поверхности тонкой подложки толщиной от 100 до 250 мкм 
формируются n нано размерных контактных структур с встроенными электростатическими 
полями на расстояниях порядка 1-2 мкм друг от друга (см.рисунок 2).
Ток I через внешнюю нагрузку R формируется из этих n независимых и идентичных 
микротоков I
s 
от каждой одиночной контактной структуры, функционирующий за счет 
самостоятельного источника электродвижущей силы ε (функции генератора тока G). 
Поэтому его можно представить в виде алгебраической суммы n независимых микротоков 
I
s
, то есть: 
I = n·I
s
.
(2) 
Значит, вольтамперная характеристика реального солнечного элемента с 
параллельно соединенными n нано размерными р-п переходами будет иметь вид: 
I
= n·I
s
= n·(I
L 
- I
d 
- U
р
/R
р
) 
(2*) 
Для получения необходимых и достоверных данных цепь, состоящая из проводящих 
участков, должна быть замкнутой. 
Из (2*) видно, что I
= n·I
s
- ток, как функция падения напряжения на диоде U
р
, 
уменьшается от величины тока короткого замыкания (I
sc 
= n·I
L
) до нуля при изменении U
р

---

377 
от нуля до U
*
- напряжения холостого хода. Причем обе величины I
sc
и U
*
являются легко 
измеряемыми максимальными параметрами вольтамперной характеристики: когда U
р 
= 0,
то I
sc
= n·I
L
- ток короткого замыкания равен световому току; когда 
U
р 
= U
*
, то I = 0 - ток 
через сопротивление внешней нагрузки равен нулю, а и I
sc
/n = I
L
= I
d
* + U*/R
р
.
Зная легко измеряемые величины U
* 
и I
sc
=n·I
L
, можно из этого равенства оценить R
р
- величину параллельного сопротивления диодной части эквивалентной схемы. Она равна
R
р
= U
*
/(I
sc
/n
- I
d
*
) = U
*
/(I
L 
- I
d
*
), где I
d
* 
= I
oo
·(e
αU* 
- 1) – диодный ток при напряжении 
холостого хода U
*
, а I
oo
– его амплитудное значение.
Значит, U
*
и I
sc
определяют границу изменения параметров вольтамперной 
характеристики: ток изменяется от I
sc
=n·I
L
до нуля, а напряжение от нуля до U
*
. 
Соответственно, Р - мощность солнечного элемента с n независимых одиночных нано 
размерных гетеро контактных структур определяется произведением текущего тока I = n·I
s
на текущее напряжение U
р
, то есть Р=I·U
р 
= n·I
s
·U
р
.
Для анализа полученных соотношений удобно их представить в нормированном 
виде, поделив текущие U
р
, I
и Р на соответствующие граничные величины U
*
, I
sc
и Р. 
Выполнив эту операцию, получим из (2*) нормированную световую вольтамперную 
характеристику: 
I/I
sc
= n·I
s
/n·I
L
= I
s
/I
L
= (1- U
р
/U
со
) + I
d
*
/I
L
·(U
р
/U
со 
- I
d
/I
d
*
)
(3) 
Р/U
*
·I
sc 
= (U
р
/U
*
)·(I/I
sc
) 
Для удобства анализа введем несколько безразмерных коэффициентов:
γ = I
oo
/I
L
α = е/(A·k·T) 
Ω=(1+γ)/γ 
а = (е
τ
- Ω)/Ω > 
0
τ = α·U
*
е
α·U*
= е
τ
е
α·Uр
= е
τу
I
L
/I
sc
= I
sc
/I
sc
= 1
f = I/I
sc
у = U
р
/U
*
Ψ = Р/U
*
·I
sc
= U
р
I
s
/U
*
·I
sc
= у·f 
С этими безразмерными параметрами, а также поделив текущие U
р
, I
s 
и Р на 
соответствующие граничные величины U
*
, I
sc
и Р
m
, безразмерная нормированная световая 
вольтамперная характеристика солнечного элемента I
= n·(I
L 
- I
d 
- U
р
/R
р
) будет теперь в 
новых обозначениях иметь вид:
f
= [Ω·(1+аy) – е
τу
]·[1/(Ω - 1)], (4) 
а мощность: Р= I·U
р
= U
р
·{I
L
·(1- U
р
/U
со
) + I
d
*
·(U
р
/U
со 
- I
d
/I
d
*
)} безразмерном виде, 
соответственно, выглядит как:
Ψ = Р/U
*
·I
sc
= у·f
= у·[1/(Ω - 1)]·[Ω·(1+аy) – е
уτ
] (5)