Моделирование функциональных характеристик фотоэлектрических преобразователей на основе многокомпонентного твердого раствора AlxGa1-xAs, полученного жидкофазной эпитаксией

Авторы

  • Арустамян Д.А. Южно-Российский государственный технический университет (НПИ) им. М.И. Платова, Новочеркасск, Ростовская область, Российская Федерация
  • Чеботарев С.Н. Южно-Российский государственный технический университет (НПИ) им. М.И. Платова, Новочеркасск, Ростовская область, Российская Федерация
  • Лунин Л.С. Южно-Российский государственный технический университет (НПИ) им. М.И. Платова, Новочеркасск, Ростовская область, Российская Федерация
  • Лунина М.Л. Южный научный центр РАН, Ростов-на-Дону, Российская Федерация
  • Казакова А.Е. Южно-Российский государственный технический университет (НПИ) им. М.И. Платова, Новочеркасск, Ростовская область, Российская Федерация
  • Пащенко А.С. Южный научный центр РАН, Ростов-на-Дону, Российская Федерация

УДК

539.231

Аннотация

В статье представлены результаты моделирования влияния состава полупроводниковых слоев, их толщины и уровня легирования на КПД фотоэлектрического преобразователя на основе твердых растворов AlxGa1-xAs. Показано, что оптимальный состав твердого раствора для базового слоя Al0,28Ga0,72As, толщина слоя — 100 мкм, а концентрация акцепторной примеси — 1019 см-3. Для слоя эмиттера Al0,1Ga0,9As толщина слоя — 50 нм, концентрация донорной примеси — 1016 см-3 и для широкозонного окна Al0,9Ga0,1As (толщина — 50 нм, концентрация — 2,5×1017 см-3). Эффективность преобразования может достигать 40,99% в условиях освещения AM 1,5.

Ключевые слова:

солнечная энергетика, фотоэлектрические преобразователи, жидкофазная эпитаксия, моделирование

Информация о финансировании

Работа выполнена в рамках реализации Государственного задания на 2016 г. (007-01114-16 ПР), проект (0256-2014-0001), а также при поддержке РФФИ (17-08-01206).

Информация об авторах

  • Давид Арсенович Арустамян

    аспирант кафедры физики и электроники Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М.И. Платова

  • Сергей Николаевич Чеботарев

    д-р физ.-мат. наук, старший научный сотрудник лаборатории "Кристаллы и структуры для твердотельной электроники" Южного научного центра РАН, заведующий кафедрой физики и электроники Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) им. М.И. Платова

  • Леонид Сергеевич Лунин

    д-р физ.-мат. наук, заведующий отделом нанотехнологий, солнечной энергетики и энергосберегающих технологий Южного научного центра РАН

  • Марина Леонидовна Лунина

    канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник лаборатории "Солнечная энергетика" Южного научного центра РАН

  • Алёна Евгеньевна Казакова

    аспирант кафедры физики и электроники Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М.И. Платова<

  • Александр Сергеевич Пащенко

    канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник лаборатории "Кристаллы и структуры для твердотельной электроники" Южного научного центра РАН

Библиографические ссылки

  1. Андреев В.М., Хвостиков В.П., Ларионов В.Р., Румянцев В.Д., Палеева Е.В., Шварц М.З. Высокоэффективные концентраторные (2500 солнц) AlGaAs/GaAs-солнечные элементы // Физика и техника полупроводников. 1999. Т. 33. № 9. С. 1070-1072. [Andreev V.M., Khvostikov V.P., Larionov V.R., Rumiantcev V.D., Paleeva E.V., Shvarts M.Z. Vysokoehffektivnye koncentratornye (2500 solnc) AlGaAs/GaAs-solnechnye ehlementy [Highly efficient concentrator (2500 suns) AlGaAs/GaAs solar cells]. Fizika i tekhnika poluprovodnikov [Physics and technics of Semiconductor], 1999, vol. 33, no. 9, pp. 1070-1072. (In Russian)]
  2. Богатов Н.М., Матвеякин М.П., Першин Н.В., Родоманов Р.Р. Определение времени захвата неравновесного поверхностного заряда в полупроводниковых структурах по спаду фотоэдс // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2008. № 2. С. 57-61. [Bogatov N.M., Matveyakin M.P., Pershin N.V., Rodomanov R.R. Opredelenie vremeni zahvata neravnovesnogo poverhnostnogo zaryada v poluprovodnikovyh strukturah po spadu fotoehds [Determination of the time the capture of nonequilibrium surface charge in semiconductor structures from the decay of the photo-emf]. Ehkologicheskij vestnik nauchnyh centrov Chernomorskogo ehkonomicheskogo sotrudnichestva [Ecological Bulletin of research centers of the Black Sea economic cooperation], 2008, no. 2, pp. 57-61. (In Russian)]
  3. Богатов Н.М., Корнеев А.И., Матвеякин М.П., Родоманов Р.Р. Влияние неравновесного заряда границы SiО2-Si на нестационарность спектральной характеристики солнечных элементов с субмикронным р-n-переходом // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2006. № 4. С. 63-67. [Bogatov N.M., Korneev A.I., Matveyakin M.P., Rodomanov R.R. Vliyanie neravnovesnogo zaryada granicy SiO2-Si na nestacionarnost' spektral'noj harakteristiki solnechnyh ehlementov s submikronnym r-n-perekhodom [Influence of nonequilibrium charge SiO2-Si boundaries for the nonstationarity of the spectral characteristics of solar cells with submicron p-n-junction]. Ehkologicheskij vestnik nauchnyh centrov Chernomorskogo ehkonomicheskogo sotrudnichestva [Ecological Bulletin of research centers of the Black Sea economic cooperation], 2006, no. 4, pp. 63-67. (In Russian)]
  4. Власов А.С., Хвостиков В.П., Карлина Л.Б., Сорокина С.В., Потапович Н.С., Шварц М.З., Тимошина Н.Х., Лантратов В.М., Минтаиров С.А., Калюжный Н.А., Марухина Е.П., Андреев В.М. Концентраторные фотоэлектрические модули со спектральным расщеплением света С солнечными элементами на основе структур AlGaAs/GaAs/GaSb И GaInP/InGaAs(P) // Журнал технической физики. 2013. Т. 83. № 7. С. 106-110. [Vlasov A.S., Khvostikov V.P., Karlina L.B., Sorokina S.V., Potapovich N.S., Shvarts M.Z., Timoshina N.H., Lantratov V.M., Mintairov S.A., Kalyuzhnyj N.A., Maruhina E.P., Andreev V.M. Koncentratornye fotoehlektricheskie moduli so spektral'nym rasshchepleniem sveta s solnechnymi ehlementami na osnove struktur AlGaAs/GaAs/GaSb i GaInP/InGaAs(P) [Concentrator photovoltaic modules with a spectral splitting of the light with solar cell structures based on AlGaAs/GaAs/GaSb and GaInP/InGaAs(P)]. Zhurnal tekhnicheskoj fiziki [J. of Technical Physics], 2013, vol. 83, no. 7, pp. 106-110. (In Russian)]
  5. Лозовский В.Н., Лозовский С.В., Чеботарев С.Н. Исследование краевого температурного эффекта при зонной сублимационной перекристаллизации // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. 2007. № 5. С. 52-56. [Lozovskij V.N., Lozovskij S.V., CHebotarev S.N. Issledovanie kraevogo temperaturnogo ehffekta pri zonnoj sublimacionnoj perekristallizacii [A study of the boundary temperature effect in zone sublimation recrystallization]. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Severo-Kavkazskij region. Seriya: Tekhnicheskie nauki [Proc. of the higher educational institutions. North-Caucasian region. Series: Engineering], 2007, no. 5, pp. 52-56. (In Russian)]
  6. Лозовский В.Н., Лозовский С.В., Чеботарев С.Н., Ирха В.А. Осаждение тугоплавких металлов на рельефные подложки методом зонной сублимационной перекристаллизации // Изв. высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. 2007. № 4. С. 68-70. [Lozovskij V.N., Lozovskij S.V., Chebotarev S.N., Irkha V.A. Osazhdenie tugoplavkih metallov na rel'efnye podlozhki metodom zonnoj sublimacionnoj perekristallizacii [The deposition of refractory metals on the relief substrate by zone sublimation recrystallization]. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Severo-Kavkazskij region. Seriya: Tekhnicheskie nauki [Proceedings of the higher educational institutions. North-Caucasian region. Series: Engineering], 2007, no. 4, pp. 68-70. (In Russian)]
  7. Лунин Л.С., Сысоев И.А., Чеботарев С.Н., Пащенко А.С. Формирование квантовых точек InAs на подложках GaAs методом ионно-лучевого осаждения // Наука Юга России. 2010. Т. 6. № 4. С. 46-49. [Lunin L.S., Sysoev I.A., Chebotarev S.N., Pashchenko A.S. Formirovanie kvantovyh tochek InAs na podlozhkah GaAs metodom ionno-luchevogo osazhdeniya [Formation of InAs quantum dots on GaAs substrates by ion beam deposition]. Nauka Yuga Rossii [Science of Southern Russia], 2010, vol. 6, no. 4, pp. 46-49. (In Russian)]
  8. Лозовский В.Н., Ирха В.А., Чеботарев С.Н. Методика получения нанометок и их применение для позиционирования в сканирующей зондовой микроскопии // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2012. Т. 78. № 9. С. 33-36. [Lozovskij V.N., Irkha V.A., Chebotarev S.N. Metodika polucheniya nanometok i ih primenenie dlya pozicionirovaniya v skaniruyushchej zondovoj mikroskopii [A method of production of nano-markers and their use for positioning in scanning probe microscopy]. Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov [Factory Laboratory. Diagnosis materials], 2012, vol. 78, no. 9, pp. 33-36. (In Russian)]
  9. Gudovskikh A.S., Kaluzhniy N.A., Lantratov V.M., Mintairov S.A., Shvarts M.Z., Andreev V.M. Numerical modelling of GaInP solar cells with AlInP and AlGaAs windows // Thin Solid Films. 2008. Vol. 516. Iss. 20. P. 6739-6743. doi: 10.1016/j.tsf.2007.12.016
  10. Чеботарев С.Н., Пащенко А.С., Лунина М.Л. Моделирование зависимостей функциональных характеристик кремниевых солнечных элементов, полученных методом ионно-лучевого осаждения, от толщины и уровня легирования фронтального слоя // Наука Юга России. 2011. Т. 7. № 4. С. 25-30. [Chebotarev S.N., Pashchenko A.S., Lunina M.L. Modelirovanie zavisimostej funkcional'nyh harakteristik kremnievyh solnechnyh ehlementov, poluchennyh metodom ionno-luchevogo osazhdeniya, ot tolshchiny i urovnya legirovaniya frontal'nogo sloya [Modeling dependencies functional characteristics of silicon solar cells, grown by ion-beam deposition, on the thickness and doping level of the front layer]. Nauka Yuga Rossii [Sc. of Southern Russia], 2011, vol. 7, no. 4, pp. 25-30. (In Russian)]
  11. Чеботарев С.Н., Пащенко А.С., Лунин Л.С., Ирха В.А. Моделирование кремниевых тонкопленочных трехкаскадных солнечных элементов α-Si:H/μC-Si:O/μC-Si:H // Наука Юга России. 2013. Т. 9. № 4. С. 18-25. [Chebotarev S.N., Pashchenko A.S., Lunin L.S., Irkha V.A. Modelirovanie kremnievyh tonkoplenochnyh trekhkaskadnyh solnechnyh ehlementov α-Si:H/μC-Si:O/μC-Si:H [Modeling of the thin-film three cascade silicon solar cell α-Si:H/μC-Si:O/μC-Si:H]. Nauka Yuga Rossii [Science of Southern Russia], 2013, vol. 9. no. 4, pp. 18-25. (In Russian)]
  12. Арустамян Д.А., Чеботарев С.Н., Лунина М.Л., Сысоев И.А., Пащенко А.С., Казакова А.Е., Яценко А.Н. Зависимость характеристик солнечных элементов на основе AlGaAs от толщины и уровня легирования базы // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. 2016. № 4 (55). С. 7-12. [Arustamyan D.A., Chebotarev S.N., Lunina M.L., Sysoev I.A., Pashchenko A.S., Kazakova A.E., Yatsenko A.N. Zavisimost' harakteristik solnechnyh ehlementov na osnove AlGaAs ot tolshchiny i urovnya legirovaniya bazy [The dependence of the characteristics of the solar cells based on the AlGaAs on the thickness and doping level of the base]. Vestnik Severo-Kavkazskogo federal'nogo universiteta [Bulletin of the North Caucasus Federal University], 2016, no. 4 (55), pp. 7-12. (In Russian)]
  13. Мусалинов С.Б., Бычков И.В., Анзулевич А.П., Гудовских А.С. Моделирование двух и трехслойных просветляющих покрытий для гетероструктурных солнечных элементов // Вестник Челябинского государственного университета. 2015. № 7 (362). С. 60-63. [Musalinov S.B., Bychkov I.V., Anzulevich A.P., Gudovskikh A.S. Modelirovanie dvuh i trekhslojnyh prosvetlyayushchih pokrytij dlya geterostrukturnyh solnechnyh ehlementov [Modeling of two and three-layer antireflection coatings for heterostructure solar cells]. Vestnik Chelyabinskogo gosudarstvennogo universiteta [Bulletin of the Chelyabinsk State University], 2015, no. 7 (362), pp. 60-63. (In Russian)]
  14. Goldberg Yu.A. Handbook series on semiconductor parameters. Vol. 2. World Scientific, London, 1999, P. 1-36.
  15. Арсентьев И.Н., Лунин Л.С., Кузнецов В.В., Ратушный В.И., Шишков М.В., Улин B.П., Христенко А.Е., Смолин А.Ю. Получение твердых растворов gainasp на подложках пористого фосфида индия методом жидкофазной эпитаксии // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2006. № 1. С. 14-20. [Arsentev I.N., Lunin L.S., Kuznecov V.V., Ratushnyj V.I., Shishkov M.V., Ulin B.P., Khristenko A.E., Smolin A.Yu. Poluchenie tverdyh rastvorov gainasp na podlozhkah poristogo fosfida indiya metodom zhidkofaznoj ehpitaksii [Formation of the solid solutions GaInAsP on substrates of porous indium phosphide LPE]. Poverhnost'. Rentgenovskie, sinhrotronnye i nejtronnye issledovaniya [Surface. X-ray, synchrotron and neutron investigations], 2006, no. 1, pp. 14-20. (In Russian)]

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.

Загрузки

Выпуск

Том  (2016) № 4

Страницы

5-12

Раздел

Статьи

Даты

Поступила в редакцию

21 октября 2016

Принята к публикации

6 ноября 2016

Публикация

22 декабря 2016

Как цитировать

[1]
Арустамян, Д.А., Чеботарев, С.Н., Лунин, Л.С., Лунина, М.Л., Казакова, А.Е., Пащенко, А.С., Моделирование функциональных характеристик фотоэлектрических преобразователей на основе многокомпонентного твердого раствора AlxGa1-xAs, полученного жидкофазной эпитаксией. Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества, 2016, № 4, pp. 5–12.

Лицензия

Copyright (c) 2016 Арустамян Д.А., Чеботарев С.Н., Лунин Л.С., Лунина М.Л., Казакова А.Е., Пащенко А.С.

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Похожие статьи

31-40 из 122

Вы также можете начать расширенный поиск похожих статей для этой статьи.

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)