Володимир Білинський-Слотило

Тарас МикитюкНауковий керівник − проф. Косяченко Л.А.Обмеження на товщину поглинаючого шарув сонячному елементі CdS/CdTeУпродовж останньої декади темпи розвитку сонячноїенергетики з використанням тонкоплівкових структур на основіCdTe є найвищими в світі. Сонячні електростанції на основі CdTeпотужністю кілька десятків мегават вже побудовані в Німеччині,Іспанії, США, Канаді та інших країнах. Укладені урядові угодипро будівництво таких електростанцій потужністю на порядокбільшій в США і навіть на два порядки більшій в Китаї.Фактором, що обмежує подальше збільшення обсягіввиробництва сонячних CdTe-модулів у майбутньому, є недостатніресурси телуру (Te), який видобувають як побічний продукт привиробництві міді. Розвідка руд, збагачених Te, протягом багатьохроків не велася, оскільки в цьому не було необхідності. Адже дотеперішнього часу використовується далеко не весь Te, якийможна отримати як побічний продукт при видобутку міді. У тойже час, уже відомі поклади Te в Південній Америці, Мексиці таКитаї, виявлені підводні хребти в океані, вміст Te в яких начотири порядки вищий, ніж у земній корі.Паралельно висуваються ідеї і здійснюються спроби розробититехнологію виробництва сонячних модулів із шаром CdTe,тоншим, ніж використовуваний в даний час (2-3 мкм) і тим самимзаощадити споживання телуру. При цьому необхідно враховуватифізичні обмеження, які вступають в гру при потоншенніпоглинаючого CdTe-шару. Такими обмеженнями є, насамперед,недостатня поглинаюча здатність тонкого шару CdTe,рекомбінація фотогенерованих носіїв заряду на його поверхнях, атакож у самій області просторового заряду.У даній роботі проведені розрахунки, що дають кількісний описцих втрат. Отримані результати показують, при якій товщиніпоглинаючого шару розглянуті обмежуваль ні фактори можнаігнорувати, а в яких випадках вони є неприпустимими череззначне зменшення ефективності фотоелектричного перетворення.Розглядається поглинання сонячного випромінювання, якедосягло фронтальної поверхні фотоелектрично активного шаруCdTe. У контексті досліджуваної проблеми коректніше оперуватине потужністю сонячного випромінювання, а потоком фотонів.Тоді вираз для поглинальної здатності потоку фотонів A hv всонячному випромінюванні набуває вигляду:Φ i∑T( λ ) [ 1 − exp( − α id)]ΔλiihviA hv ( d ) =. (1)Φ∑T( λ ) i Δλ iihv iКількісну характеристику втрат, зумовлених рекомбінацієюна передній, задній поверхнях шару CdTe, а також в областіпросторового заряду, можна отримати, розрахувавши густинуструму короткого замикання J sc з урахуванн ям цих втрат. Взага льному вигляді J sc описується виразом:T ( λi)Φi(λi)Jsc= q∑η( λi)Δλi. (2)i hviУ формулах (1) і (2) Φ i – спектральна густина потужностівипромінювання, hν i – енергія фотона, ∆λ i – інтервал довжинхвиль між сусідніми значеннями λ i в таблиці ISO 9845-1, q – заряделектрона, T(λ) – оптичне пропускання скла з прозорим провіднимшаром окисла і шаром CdS, η(λ i) – фотоелектрична квантоваефективність на довжині хвилі λ i .Досліджено залежність поглинальної здатності CdTe.Розрахунки виконані з урахуванням спектрального розподілустандартного сонячного випромінювання AM1.5 і коефіцієнтівпоглинання матеріалів. Показано, що в області довжин хвиль λ ≤λ g = hc/E g практично повне поглинання фотонів в сонячномувипромінюванні AM1.5 в CdTe досягається при товщині d = 20-30мкм, а при d = 2-3 мкм – лише 95 % фотонів. Рекомбінації на межіподілу CdS з CdTe вп ливає на дрейфову складову квантовоговиходу, а на тильній поверхні CdTe – на дифузійну. Результатипроведених розрахунків показують, при яких параметрахпоглинаючого шару CdTe такі втрати можна звести до мінімуму.