Главная > Разное > Солнечные элементы: Теория и эксперимент
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

3.2.2. Модели с распределенными сопротивлениями

В большинстве случаев солнечные элементы имеют тонкий фронтальный слой, вдоль которого протекает ток, собираемый контактной сеткой. Поскольку потери мощности на сопротивлении рассредоточены по всему объему этого слоя, требуется рассмотрение более точных моделей. Схема солнечного элемента с сетчатой контактной структурой изображена на рис. 3.12. Последовательное сопротивление прибора содержит следующие составляющие: — сопротивление фронтальной контактной сетки; — переходные контактные сопротивления (обратно пропорциональные площади контактов); — сопротивление растекания поверхностного слоя (или протеканию тока в плоскости этого слоя), зависящее от расстояния (здесь — объемное удельное сопротивление слоя и - его толщина); - сопротивление базового слоя в поперечном направлении — объемное удельное сопротивление базового слоя, — толщина слоя и — его площадь); — распределенное сопротивление сплошного тыльного контакта.

Исходя из полного допустимого значения разработчик солнечного элемента может найти его распределение по отдельным составляющим с учетом ограниченных возможностей применения имеющихся в его распоряжении материалов для создания приборов. Подобный анализ осуществлялся [Riemer, 1978; Surreze, 1978] при разработке приборов с сетчатой контактной структурой.

Распределенное сопротивление может быть найдено приближенно путем рассмотрения различных эквивалентных схем с сосредоточенными параметрами и более точно — численными методами с помощью ЭВМ при использовании моделей конечного числа элементов. Исследовали модели [Wolf, Rauschenbach, 1963], согласно которым в эквивалентной схеме, показанной на рис. 3.9, сосредоточенные сопротивления дают эффекты второго и более высоких порядков малости. Задача о нахождении распределенного сопротивления решалась для двумерных структур [Fang, Hauser, 1978; Heizer, Chu, 1976], а также трехмерных при высокой степени концентрации излучения [Spaderna, Navon, 1978].

Решение задачи в аналитическом виде может оказаться полезным для простых структур, как, например, для одномерного случая, рассмотренного ниже. Полагают (рис. 3.13), что во фронтальном слое ток течет в плоскости этого слоя, а в базе и переходе — перпендикулярно плоскости прибора. Рассмотрим ограниченный плоскостями элементарный объем фронтального слоя. На границах плотность протекающего вдоль слоя тока Разность уравновешивается плотностью тока пересекающего плоскость перехода при рассматриваемом напряжении смещения V:

В результате разложения в ряд Тейлора в окрестности точки можно получить

Рис. 3.12. Линии тока в солнечном элементе с сетчатой контактной структурой, у которого толщина фронтального слоя 11 значительно меньше толщины базового слоя

Рис. 3.13. Схема поперечного сечения солнечного элемента с сетчатым фронтальным контактом, применяемая для анализа распределенного сопротивления

Рис. 3.14. Распределение напряжения между полосами контактной сетки элемента, изображенного на рис. 3.13, при его работе вблизи оптимальной точки (а) и соответствующие значения напряжения на вольт-амперной характеристике (б)

Решение (3.17) легко найти, предположив, что постоянна и равна плотности тока соответствующей максимальной мощности, что обеспечивает параболическую зависимость показанную на рис. 3.14. Если потери мощности на сопротивлении не очень велики, то данное приближение оказывается достаточно точным. Приходящиеся на единицу площади потери мощности на распределенном сопротивлении связаны непосредственно с расстоянием между полосами контактной сетки:

(«эквивалентное» последовательное сопротивление равно . В аналитическом виде получено аналогичное решение для двумерной задачи [Handy, 1975; Wyeth, 1977].

При использовании модели конечного числа элементов точные результаты могут быть получены для более сложных конфигураций и электрических соединений диодов при нахождении как последовательного, так и шунтирующего распределенных сопротивлений. Суть данного метода поясняет рис. 3.15, где показано, как солнечный элемент первоначально представляют в виде длинной секции шириной, равной половине

(см. скан)

Рис. 3.15. Одномерная модель прибора с распределенными параметрами, используемая при анализе с помощью модели конечного числа элементов

расстояния между контактными полосами, а затем эту секцию разделяют на конечное число элементов шириной Поскольку прямая является осью симметрии к правой части элемента, обозначенного цифрой «нуль», ток не течет.

В качестве пробного напряжения на этом элементе можно выбрать , тогда легко рассчитать протекающий через элемент ток а затем и последующие значения вплоть до напряжения и тока на выходе прибора. Варьируя пробный параметр , можно получить выходную вольт-амперную характеристику прибора даже при более сложной диодной характеристике. Данную модель довольно просто усовершенствовать для решения двумерной задачи [Mitchell, 1977].

Расчеты выполнены для гипотетического солнечного элемента с гетеропереходом, имеющего следующие параметры:

Рис. 3.16. Расчетная зависнмоств КПД преобразования солнечной энергии от удельного сопротивления оптического окна (1); то же, но при полном последовательном сопротивлении распределение напряжения V между двумя полосами контактной сетки солнечного элемента в режиме, соответствующем максимальной мощности, при удельном сопротивлении фронтального слоя

Степень затенения поверхности контактной сеткой 5%. Все составляющие кроме распределенного сопротивления, .

Результаты зтих расчетов, приведенные на рис. 3.16, показывают, что потери мощности во фронтальном слое пренебрежимо малы при его объемном удельном сопротивлении, не превышающем примерно .

Выполненный анализ позволяет сделать вывод о том, что может уменьшаться (по сравнению со значением при при наличии существенного распределенного последовательного сопротивления вследствие закорачивания части структуры солнечного элемента, которая затенена контактной сеткой. Этот эффект играет особо важную роль в экспериментальных элементах, у которых может быть довольно большим, а площадь поверхности, затеняемой контактной сеткой, составляет значительную долю активной поверхности прибора.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление