Например, Бобцов

Численное моделирование функциональных характеристик солнечных элементов на основе гетероструктур InGaAsN/Si

Аннотация:

Предмет исследования. Впервые выполнено численное моделирование и оптимизация вольтамперных характеристик принципиально нового однопереходного солнечного элемента на основе гетероструктуры InxGa1–xAs1–yNy/Si. Интеграция многокомпонентных слоев A3B5 и разбавленных нитридов A3B5N c кремниевыми подложками на данный момент является технологически сложным процессом. Несмотря на всю сложность данной интеграции существуют определенные предпосылки, которые возможно позволят получить слои InxGa1–xAs1–yNy с относительно низкой плотностью дефектов. Твердый раствор InxGa1–xAs1–yNy является перспективным для применения в оптоэлектронике, но в то же время малоизученным. Метод. Численное моделирование проводилось с помощью программного продукта AFORS HET v2.5. При расчете параметров солнечного элемента In0,02Ga0,98As1–yNy/Si изменялась концентрация азота y в диапазоне 0–5 %; толщина слоя In0,02Ga0,98As1–yNy варьировалась в пределах 0,3–0,8 мкм; степени легирования базы и эмиттера солнечного элемента менялись в интервале 1016–8·1019 см–3. Исследованы зависимости вольтамперной и спектральной характеристик от толщины и состава эмиттера, степени легирования слоев. Основные результаты. Показано, что солнечные элементы, состоящие из гетероперехода In0,02Ga0,98As0,98N0,02/Si, могут достигать эффективности 22,2 % при освещении AM1.5. Результаты моделирования влияния концентрации азота на величину эффективности солнечных элементов показали, что изменение концентрации азота от 0 до 5 % в слое In0,02Ga0,98As1–yNy приводит к снижению эффективности от 21,9 до 21,82 % соответственно. Этот факт прежде всего обусловлен снижением значения ширины запрещенной зоны эмиттера и, как следствие, уменьшением величины напряжения холостого хода солнечного элемента. Установлено, что увеличение концентрации примеси в эмиттере In0,02Ga0,98As0,98N0,02 в диапазоне 1016–8·1019 см–3 приводит к росту эффективности солнечного элемента с 17,11 до 21,89 %. При увеличении концентрации примеси в базе p-Si в интервале 1016–5·1017 см–3 наблюдается устойчивый рост эффективности вплоть до 22,2 %, а после — монотонное снижение до 10,87 % при концентрации примеси 5·1017 см–3. При снижении толщины эмиттера квантовая эффективность солнечного элемента увеличивается вследствие снижения числа фотогенерированных носителей заряда. Практическая значимость. В результате численного моделирования в программном продукте AFORS HET v2.5 определено, что напряжение холостого хода солнечных элементов на основе гетероструктуры n-In0,02Ga0,98As0,98N0,02/p-Si составляет 716,8 мВ, при плотности тока короткого замыкания 36,52 мА/см2, факторе заполнения — 84,81 % и эффективности 22,2 %.

Ключевые слова:

Постоянный URL

Статьи в номере

Содержание © 1993–2024 Университет ИТМО
Разработка © 2015 Университет ИТМО