В данной статье кратко рассмотрены некоторые теоретические аспекты принципа фотоэлектрического преобразования и указан один из основных его параметров – энергия возбуждения электронов. Приведены количественные данные этого параметра для наиболее распространенных материалов и методов изготовления фотоэлектрических преобразователей. Указаны теоретические пределы эффективности такого преобразования (предел Шокли – Квазье) и приведены примеры практических достижений в отрасли. Приведены ссылки на справочные данные по современным достижениям эффективности фотоэлектрического преобразования. Даны некоторые практические показатели готовых изделий в зависимости от технологии изготовления и применяемых материалов, такие как ток короткого замыкания, напряжение холостого хода, пиковая мощность. Объяснена и обоснована необходимость использования такого параметра, как массовый коэффициент атмосферы для практического использования параметра пиковой мощности. Кратко приведены методы изготовления фотоэлектрических преобразователей и связанные с этим показатели относительной стоимости. Сделаны выводы о целесообразности применения той или иной технологии (монокристаллического, поликристаллического и аморфного кремния) в конкретных условиях и ограничениях. Сделаны выводы о спектральной чувствительности фотопреобразователей для разных технологий и связанной с этим параметром величины эффективности фотопреобразования. Статья может быть полезна в образовательных и ознакомительных целях.
In this article, we briefly discuss some theoretical aspects of the principle of photoelectric conversion and indicate one of its main parameters, the excitation energy of electrons. Quantitative data of this parameter are given for the most common materials and methods for manufacturing photoelectric converters. The theoretical limits of the efficiency of such a transformation (the Shockley-Quasier limit) are indicated and examples of practical achievements in the industry are given. Reference is made to reference data on modern achievements of photoelectric conversion efficiency. Some practical indicators of finished products are given depending on the manufacturing technology and materials used, such as short-circuit current, open-circuit voltage, peak power. The necessity of using such a parameter as the mass coefficient of the atmosphere for the practical use of the peak power parameter is explained and justified. The methods of manufacturing photoelectric converters and associated relative cost indices are briefly described. Conclusions are made about the advisability of using this or that technology (monocrystalline, polycrystalline and amorphous silicon) under specific conditions and constraints. Conclusions are drawn about the spectral sensitivity of photoconverters for different technologies and the magnitude of the photoconversion efficiency associated with this parameter. The article can be useful for educational and educational purposes.
1. Shockley William, Queisser Hans. Detailed Balance Limit of Efficiency of p-n Junction Solar Cells // Journal of Applied Physics. – 1961. – Vol. 32 (March 1961). – Р. 510–519; DOI: 10.1063/1.1736034.
2. Ruhle S. Tabulated values of the Shockley–Queisser limit for single junction solar cells // Solar Energy. – 2016. – no. 130. – Р. 139–147. Bibcode:2016 SoEn..130..139R. DOI:10.1016/j.solener.2016.02.015.
3. Richter A., Hermle M., Glunz S.W. Reassessment of the limiting efficiency for crystalline silicon solar cells // IEEE Journal of Photovoltaics. – Oct 2013. – no.3(4) . – Р. 1184–1191. DOI:10.1109/JPHOTOV.2013.2270351.
4. Sunovia, EPIR demonstrate optical down-conversion for solar cells / Editor Lillian B. 14.11.2008. URL: https://solarindustrymag.com/sunovia-epir-demonstrate-optical-down-conversion-for-solar-cells (дата обращения: 06.03.2018).
5. Arno Smets, Klaus Jаger, Olindo Isabella, Miro Zeman, Renе van Swaaij. Solar Energy: The Physics and Engineering of Photovoltaic Conversion // Technologies and Systems. ISBN-10: 1906860327. ISBN-13: 978-1906860325. UIT Cambridge, 2016. – 462 p.
6. Arthur N. Cox/ Allen’s Astrophysical Quantities, 4th ed., ISBN-10: 1461211867, ISBN-13: 9781461211860. Springer, Mar 19, 2015. – 721 p.
7. Reference Solar Spectral Irradiance: ASTM G-173. The ASTM G-173 standard measures solar intensity over the band 280 to 4000 nm. URL: http://rredc.nrel.gov/solar/spectra/am1.5/ASTMG173/ASTMG173.html (дата обращения: 06.03.2018).
8. Самойлов К.И. Морской словарь. – М.-Л.: Государственное Военно-морское издательство НКВМФ Союза ССР, 1941. – 644 с.
9. Czochralski J. Ein neues Verfahren zur Messung der Kristallisationsgeschwindigkeit der Metalle [A new method for the measurement of the crystallization rate of metals] // Zeitschrift fur Physikalische Chemie. – 1918. – no. 92. – Р. 219–221.
10. Кремний «солнечного качества»: производство в России. – 2009. URL: http://www.abercade.ru/research/analysis/1920.html (дата обращения: 06.03.2018).
11. Особенности технологии кремниевых основ для получения поликристаллического кремния / Ю.В. Реков, И.Ф. Червоный, С.Г. Егоров // Восточно-европейский журнал передовых технологий. – 2012. – Т. 5, № 8(59). – С. 47–51.
12. Minnaert Ben. Thin film solar cells: an overview. Universiteitsbibliotheek Gent. – 2008. Object id: 1854/LU-4238935 handle. Permalink: https://lib.ugent.be/catalog/pug01:4238935.
13. Shah A. editor. Thin-film silicon solar cells. EPFL Press. – 2010. – 430 p. ISBN-10:1420066749, ISBN-13: 9781420066746.
14. Аморфные солнечные батареи. – 2015. URL: http://www.solnpanels.com/amorfnye-solnechnye-batarei (дата обращения: 06.03.2018).