О проблемах создания четырехкаскадных солнечных элементов с согласованной кристаллической решеткой

Авторы

  • Богатов Н.М. Кубанский государственный университет, Краснодар, Russian Federation
  • Нестеренко И.И. Кубанский государственный университет, Краснодар, Russian Federation
  • Скачков А.Ф. Кубанский государственный университет, Краснодар, Russian Federation

УДК

621.315.592:535.215

Аннотация

Разработана структура четырехкаскадного солнечного элемента с согласованной кристаллической решеткой на основе соединений А3В5. Проведены процессы для получения необходимого состава эпитаксиальных слоев эмиттера и базы четвертого каскада, которые являются согласованными по параметру кристаллической решетки с подложкой Ge, достигнут необходимый уровень легирования слоев. Получены слои тыльного потенциального барьера и туннельного диода между третьим и четвертым каскадами. Все отработанные слои внедрены в базовую эпитаксиальную структуру трехкаскадного солнечного элемента (СЭ). Измерены световые вольт-амперные характеристики, полученного четырехкаскадного СЭ. Проведен анализ полученных результатов, рассмотрены потенциальные преимущества четырехкаскадного солнечного элемента перед трехкаскадным с точки зрения эффективности преобразования энергии и увеличения срока активного существования солнечных батарей, изготовленных из четырехкаскадных СЭ.

Ключевые слова:

полупроводники, солнечный элемент, четырехкаскадная структура, эпитаксия, гетеропереход, туннельный диод, вольт-амперная характеристика

Информация об авторах

Николай Маркович Богатов

д-р физ.-мат. наук, профессор, заведующий кафедрой физики и информационных систем Кубанского государственного университета, действительный член Академии инженерных наук РФ им. А.М. Прохорова

e-mail: bogatov@phys.kubsu.ru

Игорь Игоревич Нестеренко

аспирант кафедры физики и информационных систем Кубанского государственного университета

e-mail: nesterenkoi@saturn-kuban.ru

Александр Фёдорович Скачков

аспирант кафедры физики и информационных систем Кубанского государственного университета

e-mail: skachkov@saturn-kuban.ru

Библиографические ссылки

  1. Алферов Ж.И., Андреев В.М., Румянцев В.Д. Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики // Физика и техника полупроводников. 2004. Т. 32. Вып. 8. С. 937-946.
  2. Власов А.С., Хвостиков В.П., Карлина Л.Б. и др. 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.
  3. Zhao X., Li D., Zhang T. et al. Short circuit current and efficiency improvement of SiGe solar cell in a GaAsP-SiGe dual junction solar cell on a Si substrate // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2017. Vol. 159. Iss. 1. P. 94-101.
  4. Mellor A., Hylton N.P., Maier S.A. et al. Interstitial light-trapping design for multi-junction solar cells // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2017. Vol. 159. Iss. 1. P. 219-226.
  5. Лунин Л.С., Сысоев И.А., Чеботарев С.Н. и др. Формирование квантовых точек InAs на подложках GaAs методом ионно-лучевого осаждения // Наука Юга России. 2010. Т. 6. № 4. С. 46-49.
  6. Ramiro I., Antolin E., Marti A. et al. Experimental demonstration of the effect of field damping layers in quantum-dot intermediate band solar cells // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2015. Vol. 140. Iss. 9. P. 299-305.
  7. Kwak G.Y., Lee S.H., Jang J.S. et al. Band engineering of a Si quantum dot solar cell by modification of B-doping profile // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2017. Vol. 159. Iss. 1. P. 80-85.
  8. Utrilla A.D., Reyes D.F., Llorens J.M. et al. GaAsSb capping layers for improved performance of InAs/GaAs quantum dot solar cells // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2017. Vol. 159. Iss. 1. P. 282-289.
  9. Boustanji H., Jaziri S., Lazzari J.-L. Contribution of a single quantum dots layer in intermediate band solar cells: A capacitance analysis // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2017. Vol. 159. Iss. 1. P. 633-639.
  10. Унтила Г.Г., Кост Т.Н., Чеботарева А.Б., Закс М.Б. и др. Солнечный элемент из кремния n-типа, двусторонний, концентраторный // Физика и техника полупроводников. 2012. Т. 46. Вып. 9. С. 1217-1223.
  11. Mahadik D.B., Lakshmi R.V., Barshilia H.C. High performance single layer nano-porous antireflection coatings on glass by sol-gel process for solar energy applications // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2015. Vol. 140. Iss. 9. P. 61-68.
  12. Арустамян Д.А., Чеботарев С.Н., Лунина М.Л. и др. Зависимость характеристик солнечных элементов на основе AlGaAs от толщины и уровня легирования базы // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. 2016. Т. 55. № 4. С. 7-12.
  13. Foldyna M., Togonal A.S., Rusli et al. Optimization and optical characterization of vertical nanowire arrays for core-shell structure solar cells // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2017. Vol. 159. Iss. 1. P. 640-648.
  14. Gudovskikh A.S., Kaluzhniy N.A., Lantratov V.M. et al. Numerical modelling of GaInP solar cells with AlInP and AlGaAs windows // Thin Solid Films. 2008. Vol. 516. Iss. 20. P. 6739-6743.
  15. 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.
  16. Чеботарев С.Н., Пащенко А.С., Лунин Л.С. и др. 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.
  17. Мусалинов С.Б., Бычков И.В., Анзулевич А.П. и др. Моделирование двух и трехслойных просветляющих покрытий для гетероструктурных солнечных элементов // Вестник Челябинского государственного университета. 2015. № 7. С. 60-63.
  18. Богатов Н.М. Распределение заряда в резком несимметричном равновесном n-p-переходе // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2016. № 3. С. 12-17.
  19. Богатов Н.М., Корнеев А.И., Матвеякин М.П. и др. Влияние неравновесного заряда границы SiO2-Si на нестационарность спектральной характеристики солнечных элементов с субмикронным p-n-переходом // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2006. № 4. С. 63-67.
  20. Богатов Н.М., Матвеякин М.П., Першин Н.В. и др. Определение времени захвата неравновесного поверхностного заряда в полупроводниковых структурах по спаду фотоэдс // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2008. № 2. С.57-61.
  21. Богатов Н.М., Матвеякин М.П., Першин Н.В. и др. Определение времени захвата неравновесного поверхностного заряда в полупроводниковых структурах по спаду тока короткого замыкания // Известия высших учебных заведений. Северо-кавказский регион. Естественные науки. 2008. № 6. С.39-41.
  22. Kuhnapfel S., Gall S., Rech B. et al. Towards monocrystalline silicon thin films grown on glass by liquid phase crystallization // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2015. Vol. 140. Iss. 9. P. 86-91.
  23. Dupre O., Vaillon R., Green M.A. Physics of the temperature coefficients of solar cells // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2015. Vol. 140. Iss. 9. P. 92-100.
  24. Boucher J.W., Greenaway A.L., Egelhofer K.E. et al. Analysis of performance-limiting defects in p-n junction GaAs solar cells grown by water-mediated close-spaced vapor transport epitaxy // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2017. Vol. 159. Iss. 1. P. 546-552.
  25. Чеботарев С.Н., Лунина М.Л., Алфимова Д.Л. Наноструктуры AIVBIV и AIIIBIII для устройств оптоэлектроники. Ростов н/Д: ЮНЦ РАН, 2014. 275 с.
  26. Patel P., Aiken D., Chumney D. et al. Initial results of the monolithically grown six-junction inverted metamorphic multi-junctionsolar cell // 38th IEEE Photovoltaic Specialist Conference (PVSC), 2012. P. 1-4.
  27. Cornfeld A., Patel P., Spann J. et al. Evolution of a 2.05eV AlGaInP top sub-cell for 5 and 6J-IMM applications // 38th IEEE Photovoltaic Specialist Conference (PVSC), 2012. P. 88-91.
  28. Guter W., Kern R., Kostler W. et al. III-V Multi-junction Solar Cells - New lattice matched products and development of upright metamorphic 3J solar cells // 7th International Conference on Concentrating Photovoltaic Systems, 2011. P. 5-8.
  29. Sasaki K., Agui T., Nakaido K. et al. Development of InGaP/GaAs/InGaAs inverted triple junction concentrator solar cells // 9th International Conference on Concentrating Photovoltaic Systems, 2013. P. 22-25.
  30. Philipps S., Guter W., Welser E. et al. Present status in the development of III-V multi-junction solar cells // Next Generation of Photovoltaics, Luxembourg, Springer Verlag, 2012. P. 1-22.
  31. Илюшин В.А., Величко А.А. Процессы нанотехнологии. Новосибирск: НГТУ, 2004. 106 с.
  32. Baur C., Meusel M., Dimroth F. et al. Analysis of the radiation hardness of triple- and quintuple-junction solar cells // 31st IEEEPhotovoltaic Specialist Conference (PVSC), 2005. P. 548-551.

Загрузки

Выпуск

2017. № 4. Выпуск 1

Раздел

Физика

Страницы

74-80

Отправлено

2017-09-16

Опубликовано

2017-12-25

Как цитировать

Богатов Н.М., Нестеренко И.И., Скачков А.Ф. О проблемах создания четырехкаскадных солнечных элементов с согласованной кристаллической решеткой // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2017. №4. С. 74-80.

Copyright (c) 2017 Богатов Н.М., Нестеренко И.И., Скачков А.Ф.

Лицензия Creative Commons

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