Снижение оптических потерь в солнечных элементах на основе арсенида галлия Галлий арсениді негізінде күн элементтерінің оптикалық шығынын төмендету

  • S. M. Manakov НИИЭТФ, КазНУ им. аль-Фараби, Республика Казахстан
  • R. R. Dikhanbayev НИИЭТФ, КазНУ им. аль-Фараби, Республика Казахстан
  • T. I. Taurbayev НИИЭТФ, КазНУ им. аль-Фараби, Республика Казахстан
  • M. Auyelkhankyzy Институт Проблем Горения
  • Z. A. Mansurov Институт Проблем Горения

Аннотация

Эффективное антиотражающее покрытие является существенным для улучшения характеристик солнечного элемента увеличения оптического поглощения света. В работе представлены результаты исследования солнечных элементов на основе GaAs с тонкой пленкой нитрида кремния в качестве антиотражающего покрытия. В качестве контрольных структур использовали солнечные элементы с барьером Шоттки, изготовленные из базовых структур путем химического травления антиотражающего покрытия и верхнего эмиттерного слоя и химического осаждения тонкого слоя Au на поверхность GaAs n-типа. На фронтальные поверхности солнечных элементов как с p-n-переходом, так и с барьером Шоттки наносились наночастицы оксида никеля, синтезируемые в противоточном пламени пропана и кислорода на поверхности нихромовой проволоки. Наночастицы имели характерные размеры 50-300 нм в зависимости от условий синтеза и наносились распылением на поверхность фотопреобразователя. Установлено, что наночастицы оксида никеля существенно влияют на антиотражающий эффект и, поэтому улучшают эффективность солнечного элемента. Определена оптимальная концентрация наночастиц на поверхности, соответствующая максимальному току короткого замыкания. Показано, что покрытие из наночастиц оксида никеля повышает коэффициент полезного действия солнечных элементов на 4,7% за счет рассеяния света на них и увеличения числа фотонов, поглощенных в активной области солнечного элемента.

Эффективті керішағылысу қабаты, күн элементінің сипаттамасын жақсарту үшін және де жарықтың оптикалық жұтылуын көбейтуде маңызды болып табылады. Бұл жұмыста кері шағылысу қабаты ретінде нитрид кремний жұқа қабыршағы бар GaAs негізінде жасалған күн элементінің нәтижелері келтірілген. Бақылаушы құрылымы ретінде Шоттки барьері бар күн элементтерін шағылысу қабатын химиялық желіндеу әдісін және жоғарғы эмиттер қабатын қолдану арқылы n-типті GaAs бетіне жұқа алтын қабаты химиялық жолмен отырғызылды. Күн элементтерінің фронталдық бетіне p-n ауысуы және Шоттки барьері арқылы никель тотығын пропан мен оттегінің нихром сымының бетінде, жалынның кері ағынында синтезделген никель тотығы орнатылды. Наноқұрылымдардың өздеріне тән өлшемі бойынша 50-300 нм-ді құрды және синтездеу шартына байланысты, фототүрленгіштің бетіне тозаңдату әдісі арқылы отырғызылды. Никель тотыңының нанобөлшегі керішағылысу эффектісіне елеулі ықпалын тигізетіндігі анықталды, содықтан да бұл күн элементінің тиімділігін арттырады. Тұйықталған токтың максималды мәніне сәйкес нанобөлшектердің оптималды концентрациясы анықталды. Никель тотықты нанобөлшектер күн элементінің пайдалы әсер коэффициентін 4,7%-ға өскенін көрсеттік, бұл нәтиже ондағы жарықтың шашырауы мен фотондардың санының өсуімен және күн элементінің белсенді аймағындағы жұтылуымен дәленденді.

Литература

1 Zi S. Fizika poluprovodnikovykh priborov. – M.: Mir, – 1984. – T. 2. – 456 s.

2 Shockley W., Queisser H.J. Detailed balance limit of efficiency of p–n junction solar cells // Journal of Applied Physics. – 1961. – Vol. 32. – P. 510–519.

3 Southwell W.H. Gradient-index antireflect ion coatings // Optics Letters. – 1983. – Vol.8. – P. 584–586.

4 Shibata N. Plasma-chemical vapor-deposited silicon oxide/silicon oxynitride double-layer antireflective coating for solar cells // Japanese Journal of Applied Physics. – 1991. – Vol.30. – P. 997–1001.

5 Chang Y.A., Li Z.Y., Kuo H.C., Lu T.C., Yang S.F., Lai L.W., Lai L.H., Wang S.C. Efficiency improvement of single-junction InGaP solar cells fabricated by a novel micro-hole array surface texture process// Semiconductor Science and Technology. – 2009. – Vol.24. – P. 342-349.

6 Stelzner T., Pietsch M., Andra G., Falk F., Ose E., Christiansen S. Silicon nanowire-based solar cells // Nanotechnology. – 2008. – Vol.19- P. 295 -303.

7 Tsai M.A., Tseng P.C., Chen H.C.,. Kuo H.C, Yu P.C. Enhanced conversion efficiency of a crystalline silicon solar cell with frustum nanorod arrays // Optics Express. – 2011.- Vol.19. – P. A28–A34.

8 Pi X.D., Li Q., Li D.S., Yang D.R. Spin-coating silicon-quantum-dot ink to improve solar cell efficiency // Solar Energy Materials and Solar Cells. – 2011. – Vol.95. – P. 2941–2945.

9 Berkovits V.L., L'vova T.V., Ulin V.P.. Nitridnaya passivatsiya poverkhnosti GaAs (100): vliyaniye na elektricheskiye kharakteristiki poverkhnrostno-bar'yernykh struktur Au/GaAs // Fizika i tekhnika poluprovodnikov. – 2011. – T.45, vyp.12. – S.1637-1641.

10 Lesbayev B.T., Auyelkhankyzy M., Mansurov Z.A., Lesbayev A.B., Turesheva G.O., Prikhod'ko N.G., Mansurov B.Z. Sintez nanochastits oksida nikelya v diffuzionnom plameni na vstrechnykh struyakh // Vestnik KazNU. Seriya fizicheskaya. – 2012. – №4(43). – S.8-14.
Как цитировать
MANAKOV, S. M. et al. Снижение оптических потерь в солнечных элементах на основе арсенида галлия Галлий арсениді негізінде күн элементтерінің оптикалық шығынын төмендету. Вестник. Серия Физическая (ВКФ), [S.l.], v. 48, n. 1, p. 29-35, may 2014. ISSN 2663-2276. Доступно на: <https://bph.kaznu.kz/index.php/zhuzhu/article/view/25>. Дата доступа: 04 mar. 2021
Раздел
Физика конденсированного состояния и проблемы материаловедения. Нанонаука

Ключевые слова

арсенид галлия; солнечный элемент; электронно-дырочный переход; барьер Шоттки; наночастицы; арсенид галлий; күн элементі; электрондық кемтік ауысуы; Шоттки барьері; нанобөлшектер;

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

Особенность: этот модуль требует, что бы был включен хотя бы один модуль статистики/отчетов. Если ваши модули статистики возвращают больше одной метрики, то пожалуйста также выберите главную метрику на странице настроек сайта администратором и/или на страницах настройки управляющего журналом.