4.6 Mempertimbangkan efisiensi

Efisiensi sel surya adalah sebuah parameter untuk menentukan siapa yang layak dengan

menggunakan energi matahari yang efisien dan ekonomi .Kini kita akan mempertimbangkan , di

satu sisi , apa yang batas atas ilmu fisika yang merupakan tempat di efisiensi dan , di sisi lain ,

akan belajar teknologi untuk mendekati batas atas ini.

4.6.1 Efisiensi spektral

Yang mendasari dari efisiensi sebuah sel surya adalah kenyataan bahwa setiap bahan memiliki

sebuah bandgap semikonduktor ∆WG.Panjang gelombang cahaya di mana hanya diserap disebut

bandgap panjang gelombang λGdengan

λG= h . c

ΔWG

Bagian dari spektrum matahari yang terletak di atasλG jadi tak bisa digunakan untuk memberikan

energi listrik .Kami menyebutnya bagian transmisi kerugian

Figure 4.19 kerugian karena tidak cocok energi dari foton: dalam kasus terlalu sedikit foton

energi elektron tidak dapat dibesarkan untuk konduksi band; jika energi yang terlalu besar, lalu

segolongan itu menyerah untuk kisi sebagai energi panas ~

Di sisi lain, radiasi di bawah lg mewakili foton energi yang lebih besar daripada bandgap yang

diperlukan untuk penyerapan.Ini kelebihan energi menyerah dengan dampak terhadap kristal

kisi; kita sebut ini thermalization kerugian.Sekarang menarik untuk mencari tahu apa yang listrik

energi yang secara teoritis menang dari spektrum matahari dengan semikonduktor dari bandgap

dwg.Pertama kita akan mempertimbangkan maksimum mungkin saat ini kepadatan jmax, yang

ideal solar cell dengan radiasi yang sedang mampu menghasilkan 1.5 spektrum.Nph adalah

jumlah foton yang dapat melanggar dalam waktu tertentu dt di sebuah wilayah.Hal ini dapat

ditentukan dari irradiance el spektrum ( l ) karena kita membagi alat optik energi wl radiasi di

yang diberikan panjang gelombang dengan energi yang satu ini panjang gelombang foton

wph.Kita harus mengintegrasikan atas segala panjang gelombang

Kita menganggap sebagai idealized bahwa tiap kasus foton di dalam sel yang diserap dan sebuah

pasangan electron-hole yang dihasilkan memberikan kontribusi pada tingkat kepadatan yang ada

saat ini .Hal ini , akan tetapi , ini tidak mengenai energi foton orang orang yang lebih sedikit

dibanding bandgap maka yang sampai kita cuma berintegrasi hingga ke lg bandgap: wavelength

~

Sebagai standar spektrum 1.5 kita menggunakan bahan spektrum , yang diperkuat tentang faktor

1000 / 850 = 1.1976 sehubungan dengan kurva menunjukkan pada gambar 2.2 ( lihat gambar )

4.20 .Sehingga memiliki keseluruhan kekuasaan kepadatan 1000 w / m2 sebagai diperlukan

untuk stc kondisi ~

Gambar 4.21 diagram1 memperlihatkan seorang persamaan yang dibuat dengan 4.42 .Gambar ini

menunjukkan ketentuan mungkin di apa yang terjadi saat ini kepadatan ketergantungan dwg

bandgap dari terhadap dua orang 0 spectra ini 1.5 dan aku .

Dengan sendirinya untuk jmax ternyata masih cukup tinggi dengan sedikit semikonduktor hal itu

bandgaps juga bisa memanfaatkan cahaya di tempat yang dalam wilayah infra merah .

Ini terlihat bahwa kurva aku telah 1.5 kinks dan di bagian datar beberapa tempat .Penyebabnya

adalah adanya telah berusaha memilih menempuh jalan yang tidak lancar yang adalah gambaran

1.5 , di mana semua daerah yang wavelength dari hasil penyaringan di atmosfer .Silikon dalam

apa yang ada saat ini paling lama kepadatan 44.1 jmax = cm2 artinya / sebuah spectrum 1.5

sesungguhnya .

Setelah mengetahui apa yang maksimum adalah saat ini , kita perlu untuk mencari tahu masalah

yang dimensi mungkin maksimum di ketergantungan tegangan yang bandgap .Kita menganggap

bahwa ideal kami sel surya mengelola untuk menanggalkan secara penuh energi dari masing

masing foton ke luar sirkuit listrik .Jumlah maksimum yang mungkin kemudian tegangan: ~

Dengan itu kita dalam posisi untuk menghitung tingkat efisiensi so-called spektrum hs dari nilai

ideal sel surya ~

Tokoh 4.22 menunjukkan spektrum efisiensi untuk am 0 dan aku 1.5 dihitung dengan persamaan

ini .Untuk jatuh nilai dwg kita bisa lagi lihat kenaikan dipanggil oleh peningkatan saat ini

kepadatan pada gambar 4.21 .Namun , di bawah ini adalah naik 1 ev overcompensated oleh jatuh

tegangan dwg / q. demikianlah kami telah yang optimal yang mencapai nilai hampir hs = 49 % di

1.5 minta spektrum . Dengan bandgap dari 1.12 ev , silikon ditempatkan di sini hampir sama

persis optimal .

Dalam rangka mendapatkan kejelasan , tokoh 4.23 menunjukkan kerugian akibat transmisi dan

thermalization di ideal si sel surya .Foton di atas 1.12 mm memiliki terlalu kecil energi untuk

diserap .Karena theamspectrum di atas ini panjang gelombang memiliki sebuah irradiance dari

193 w / m2 , ada transmisi kerugian 19.3 % .Di daerah short-wave hal yang berbeda: di sini ,

hanya maksimal energi di masa jumlah bandgap dapat digunakan oleh energy-rich

foton .Perhitungan menunjukkan kerugian akibat thermalization dari 31.7 % .Jumlah dari kedua

jenis kerugian adalah 51 % dan dengan demikian radiasi matahari yang dapat di pakai 49% ~

Teoritis efisiensi ada dua hal yang belum dipertimbangkan dalam pembahasan: efisiensi

1 .Dalam sebuah nyata sel surya tidak mungkin menggunakan penuh tegangan vmax = dwg / q.

2 .Karena faktor mengisi & ini; 100 % , saat ini impp lebih kecil dari isc dan tegangan vmpp

lebih kecil dari ( voc lihat gambar ) 4.12 . ~

- Keterbatasan kedua merujuk pada kenyataan bahwa sel surya nyata juga memiliki pertemuan p-

n. Semua sifat lainnya sel dimaksudkan untuk tetap sebagai ideal (terutama: foton setiap insiden

dengan WPh & gt; DWG diserap dan mengarah ke kontribusi photocurrent). Di bawah kondisi

ini kita mendefinisikan teoritis efisiensi hT [40]:

Dengan menggunakan persamaan 4.45 kita bisa langsung menentukan hubungan dengan yang

sudah dihitung efisiensi spektrum hs. ~

Maka kami membutuhkan sirkuit tegangan tinggi terbuka dan banyak faktor mengisi .Dengan

cara 4.16 persamaan terbuka sirkuit tegangan tergantung pada saat ini kejenuhan; yang lebih

kecil ini , yang lebih tinggi adalah terjangkau sirkuit tegangan terbuka .Yang saat ini tergantung

kejenuhan lagi di atas bandgap .Ini bisa dengan mudah terbukti ketika kita persamaan

mempertimbangkan 4.3: yang menentukan dimensi adalah intrinsik konsentrasi ni pembawa ,

yang , menurut persamaan 3.3 , ditentukan dengan cepat di bandgap .Hasil adalah

ketergantungan: ~

Dalam literatur, semakin rendah membatasi untuk KS konstan nilai 40 000 A/cm2 diberikan [40,

41].~

4.24 angka menunjukkan efisiensi mendasarkan dihitung dihitung dengan persamaan 4.18, 4,49

dan 4,50 dalam ketergantungan celah-jalur energi. Kemerosotan terlihat efisiensi dapat dilihat

dibandingkan dengan angka 4,22. Nilai maksimum hT=30.02% diberikan untuk energi 1,38 EV;

oleh InP dan GaAs adalah sangat dekat dengan optimal. Untuk silikon masih ada nilai baik

28.6%.

Efisiensi teoritis 28.6% adalah batas atas efisiensi dicapai sel kristalin silikon (asumsi: hanya

satu pertemuan p-n).

4.6.3 kerugian dalam sel surya nyata

setelah kita telah menentukan batas-batas teoritis efisiensi maksimum dicapai di bagian

sebelumnya, kami sekarang akan mencari tahu bagaimana kita dapat datang sedekat mungkin ke

batas-batas ini. Untuk tujuan ini pertama kita akan mempertimbangkan kerugian optik dan listrik

yang terjadi. Ikhtisar ini ditunjukkan dalam gambar 4,25~

4.6.3.1 optik kerugian , refleksi pada permukaan

Seperti kita telah melihat pada bab 3 , indeks bias langkah udara di silikon menyebabkan

pantulan bayangan sekitar 35 % .Membantu diperoleh oleh seorang anti-reflective lapisan yang

menurunkan rata rata refleksi dari sebuah 1.5 minta spektrum menjadi sekitar 10 % .Lebih lanjut

kadarnya adalah texturing sel permukaan .Permukaan tertanam dengan asam dalam rangka untuk

roughen itu .Dalam kasus monocrystalline silikon dengan anisotropic etsa ( proses e.g. , dengan

kalium hidroksida , koh ) piramida bangunan dapat juga dibuat .Hasilnya piramida dengan sudut

di atas 70.5˚ ( gambar 4.26 ) .Apakah ini texturization menghasilkan ?Tokoh 4.26 menunjukkan

bagaimana peristiwa sebagian menembus sinar sel dan sebagian mencerminkan .Menurut fresnel

persamaan kekuatan refleksi faktor r dapat ditentukan dari sudut datang a1 29 ~~

Namun, yang tercermin ray tidak hilang; itu impinges di permukaan sel lagi dimana sekali lagi

bagian dari cahaya mencerminkan.Cahaya maka memberikan “kesempatan kedua” dengan

cara.Secara keseluruhan cahaya yang lebih masuk ke dalam sel dan dalam kasus menunjukkan

peningkatan lebih dari 20 % dibandingkan dengan kejadian vertikal sederhana.Akibatnya arus

pendek saat ini meningkat sehingga efisiensi sel.Tabel 4.1 menunjukkan sisa refleksi faktor yang

kombinasi dari anti-reflection dan lapisan texturization. ~

Bayangan dengan cara kontak jari saat ini yang dihasilkan oleh sel surya harus dibawa melalui

kontak jari untuk hubungan kabel .Bagian dalamnya tidak boleh terlalu rendah dalam rangka

bahwa mereka memiliki rendah ohmic perlawanan .Pada saat yang sama dan naungan kerugian

meningkatkan dengan semakin besarnya jari lebar , yang biasa lebar berada di 100-200 µm. lebih

luas strip berfungsi sebagai pengumpul saat ini , yang so-called busbars .Ini adalah runcing di

ujung seperti yang di mana saat ini kerapatan pada titik terendah ( lihat gambar ) 4.27 .Lebih

lanjut kemungkinan untuk mengoptimalkan membuat kontak jari sempit dan tinggi selain luas

dan datar .Kontak “terkubur” di semikonduktor bahan sehingga tidak untuk membuat tambahan

bayangan di kasus miring kejadian .Untuk menampung ini terkubur kontak , kecil alur adalah

pertama memotong di dalam sel permukaan dengan cara laser dan ini akan penuh dengan

campuran tokoh ni-cu ( 4.28 ) .Dan naungan ditimbulkan dapat dikurangi oleh sekitar 30 % 35 .

Kerugian melalui transmissi

Long-wave cahaya hanya memiliki penyerapan kecil .Dengan demikian , misalnya , penetrasi

kedalaman cahaya dengan sebuah panjang gelombang 1000 nm sudah terletak di kisaran yang

sedang sel normal ketebalan 150 - 200 µm. tanpa lebih lanjut langkah langkah hal ini

menyebabkan kerugian transmisi .

Perbaikan lebih lanjut yang dapat dicapai dengan menggunakan texturization yang ditampilkan

dalam gambar 4,26. Seperti dapat dilihat dari angka 4,29, sinar cahaya insiden vertikal yang

membias di jalur miring ke bawah dan dengan demikian perjalanan lagi perjalanan melalui sel.

Perbaikan lebih lanjut yang dilakukan dengan bahan yang mencerminkan di bagian bawah sel

yang bawah normal aluminium Hubungi lapisan cocok karena menyediakan faktor refleksi lebih

dari 80% [42].~

4.6.3.2 listrik kerugian dan ohmic

kerugian ada listrik yang tewas di kontak jari pada sisi atas sel.Sempit dan kontak tinggi ( di

yang optimal kasus sebagai kontak terkubur ) membantu kita.Selain itu, ohmic kerugian dapat

terjadi di semikonduktor materi seperti konduktivitas doping bahan yang terbatas.Tinggi arus

harus dibawa ke depan terutama penghasil kontak dengan tipis.Peningkatan n-doping membawa

suatu perbaikan tapi juga menyebabkan lebih kuat rekombinasi doped di daerah.Akhirnya ada

juga di persimpangan kerugian metal-semiconductor. Alasan untuk ini adalah yang dalam

membawa logam dan semikonduktor bersama sama sebuah langkah disebabkan potensi ( so-

called schottky kontak ) .Ini bertindak seperti p-n persimpangan sehingga mengurangi sel

tegangan terjangkau .Ini adalah sebuah sangat tinggi doping adalah bantuan e.g. ( , ke = 1020 /

cm3 ) menyerahkannya tempat yang sempit biaya daerah yang hal ini dapat tunneled melalui

oleh 23,36 elektron .Tokoh 4.30 menunjukkan satu struktur .N + + -doping ini baru tersedia di

langsung lingkungan logam contact dalam rangka untuk mengurangi rekombinasi kerugian .

Rekombinasi kerugian

Berbagai alasan untuk biaya rekombinasi yang dihasilkan dari operator di semikonduktor volume

sudah dibahas dalam bab 4.2.2 .Ditambahkan ke ini secara langsung recombinations di

permukaan sel yang dihasilkan oleh terbuka obligasi di perbatasan kristal kisi .Ukuran untuk

mengurangi rekombinasi di bawah adalah permukaan kembali lapangan dibahas dalam bab

4.2.4 .Di bagian atas berusaham mencoba untuk menutupi terbesar yang mungkin wilayah yang

oksida jenuh yang terbuka obligasi dan dengan demikian passifies mereka .Sebagai tokoh yang

disajikan dalam 4.30 anti-reflection lapisan e.g. ( , dari si3n4 ) digunakan untuk ini .Pada saat

yang sama n + + -n + -layer di depan kontak yang mengarah ke sebuah “ permukaan depan

lapangan” yang membuat lubang jauh dari kontak . ~