Моделювання вихідних параметрів кремнієвих фотоперетворювачів з базовими кристалами і-типу провідності

Abstract

Проведено експериментальне дослідження та моделювання із використанням програми PC1D вихідних параметрів лабораторних зразків фотоелектричних перетворювачів на основі монокристалічного кремнію і-типу електропровідності. Встановлено, що використання базових кристалів і-типу електропровідності в умовах опромінення АМ0 дозволяє отримувати рекордно високі значення густини фотоструму, котрі сягають 48,6 мА/см². Проте їх коефіцієнт корисної дії не перевищує 11,6 %. Для розробки фізично обґрунтованого підходу до оптимізації конструктивно-технологічних рішень проаналізовано електронну модель кремнієвого фотоелектричного перетворювача з p⁺-i-n⁺ структурою. В ході апробації моделі було одержано серію діаграм розподілу значень коефіцієнта корисної дії досліджуваних фотоелектричних перетворювачів з p⁺-i-n⁺ структурою залежно від значень послідовного і шунтувального опорів при густині діодного струму насичення 10⁻⁷ А/см², 10⁻⁸ А/см2 та 10⁻⁹ А/см². Наявність таких діаграм при проведенні розробки високоефективних фотоперетворювачів зазначеного типу дозволить не тільки суттєво зменшити витрати на пошукові дослідження, але й забезпечить досягнення необхідного у кожному конкретному випадку оптимального співвідношення між витратами на покращення діодної структури та підвищеним рівнем коефіцієнта корисної дії таких приладів.

It was carried out the experimental investigation and modeling of the solar cells based on single crystal silicon with i-type conductivity laboratory samples output parameters using PC1D program. It has been found that use of i-type conductivity base crystals under AM0 irradiation allows to reach the record high photocurrent density values up to 48.6 mA/cm². However, their efficiency does not exceed 11.6 %. To develop the physically based approach to optimize construction-technological solutions it has been analyzed the electronic model of silicon solar cells with p⁺-i-n⁺ structure. During the testing of the model we have obtained a series of diagrams with distribution of the investigated solar cells with p⁺-i-n⁺ structure efficiency values, depending on the values of series and shunt resistances at the diode saturation current density of 10⁻⁷ A/cm² and 10⁻⁸ A/cm² 10⁻⁹ A/cm². Availability of these diagrams during the development of such type highly effective solar cells will not only significantly reduce the cost of exploratory research but also will produce the required in each particular case an optimum ratio between the costs of diode structure improving and increased level of such devices efficiency.