Главная Контакты Добавить в избранное Авторы Вопросы и ответы
,

УДК 621.362

ПРИМЕНЕНИЕ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ InGaN В ФОТОВОЛЬТАИКЕ

Аппазов Э.С.

 Известно, что максимальная эффективность преобразования солнечного излучения достигается при использовании соединений группы А3В5 для изготовления фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) [1]. Это обеспечивается, с одной стороны, -подходящими электрофизическими свойствами соединений этой группы, с другой – возможностью  создания твердых растворов на их основе, позволяющих варьировать ширину запрещенной зоны и другие важные для фотоэлектрического преобразования параметры в достаточно широком диапазоне значений  и создавать многопереходные  ФЭП.

Установленное истинное значение ширины запрещенной зоны нитрида  индия [2,3] позволяет посмотреть по-новому на приборное использование этого материала [4].  В системе InN-GaN оказалось возможным получение твердых растворов с шириной запрещенной зоны от 0,78 эВ (InN) до 2,2 эВ (GaN) [5], перекрывающих спектральный диапазон от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного излучения, т.е., создания ФЭП для любой длины волны в этом диапазоне. В настоящей работе мы определим потенциальные  возможности ФЭП на основе InxGa1-xN при преобразовании солнечного излучения.

Рис. 1 Зависимость максимального к.п.д. преобразователя солнечного излучения от  ширины запрещенной зоны [1]

 

       Рис. 1 демонстрирует зависимость идеального к.п.д.  фотопреобразователя  от ширины запрещенной зоны Eg материала для однопереходного ФЭП при АМ 1,5 и конкретные значения эффективности для некоторых, наиболее эффективных  в фотопреобразовании солнечной энергии материалов.  Приведенная зависимость показывает, что максимальная эффективность преобразования солнечного излучения будет достигнута при использовании материала со значением  Eg  между  Eg(InP) = 1,26 эВ и Eg(GaAs) = 1,424 эВ. Легко определить, что ширина запрещенной зоны Eg оптимального для солнечного спектра материала примерно составляет  1,334 эВ.  Расчетная зависимость  n(Eg)  получена при использовании общего термодинамического подхода, при  котором поглощение   каждого фотона с энергией  hv > Eg  сопровождается  рождением электрона, дающего вклад в фототок [1].  Отметим, что на  сравнительно небольшой энергетический интервал, равный разнице ширины запрещенной зоны GaAs и Eg(InxGa1-xN) = 1,334 эВ,  приходится около 9% всех  фотонов, излучаемых  Солнцем. Известно, что не для всех твердых растворов закон Вегарда  выполняется строго [6]. Особенности изменения  ширины запрещенной зоны  твердого раствора  InxGa1-xN в настоящее время точно не установлены. Однако, экспериментальные данные фотолюминесценции (ФЛ) [6] твердых растворов  InxGa1-xN, в предположении, что краевая полоса ФЛ формируется зона-зонными переходами,  позволяет  считать, что закон Вегарда  выполняется строго, как это обычно происходит в твердых  растворах  А3В5 с  подобной  зонной структурой  бинарных соединений, образующих твердый раствор. 

Рис. 2 Зависимость ширины запрещенной зоны твердого

раствора InxGa1-xN от концентрации индия

 

Зависимость  Eg  твердого раствора InxGa1-xN  от  его состава приведена на рис. 2.  Таким образом, можно определить, что ширине запрещенной зоны  1,334 эВ будет соответствовать твердый раствор   с   мольной долей   индия  x = 0,55. Особенно существенно преимущества  In0,55Ga0,45N проявляются при преобразовании концентрированного солнечного излучения, что наглядно демонстрирует рис. 3.

▬▬▬ In0.55Ga0.45N,   ▬  ▬  ▬ GaAs.

Рис. 3 Зависимость к.п.д. от:

1 - коэффициента концентрации излучения;

2 - температуры преобразователя

Здесь зависимости к.п.д. от степени концентрации Кс рассчитаны  для  температуры ФЭП  280 К.  С  увеличением   температуры  эксплуатации ФЭП, что  является  характерным  при  преобразовании     концентрированного  солнечного  излучения,  эффективность   ФЭП   уменьшается [7],  но  для   InxGa1-xN   снижение   к.п.д.   происходит  медленнее,  чем   для  фотопреобразователя   на  основе  арсенида  галлия.  Если  для    Т = 280 К  при  Кс =    разница  к.п.д.  составляет  0,93  %,  то  для  Т =  340 К   эффективность  ФЭП   на  основе  твердого раствора выше на 0,95 %. 

 Таким образом можно утверждать, что фотопреобразователи на основе тверды растворов InxGa1-xN   могут быть использованы при производстве преобразователей солнечного излучения. Кроме того, температурная стабильность данных материалов делает возможным концентрацию солнечного излучения.

 

Possibility of application of hard solution of InxGa1-xN for the production of converters of sun radiation is considered. Solution and his efficiency is offered by comparison to a traditional converter on the basis of antimonide gallium is counted.

 

1.                  Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х книгах. Кн. 2. Пер. с англ. – 2-е перераб. и доп. изд. – М.: Мир, 1984. –  456с.

2.                  Davydov V. Yu., Klochikhin A. A., Seisyan R. P., Emtsev V. V., Ivanov S. V., Bechstedt F., Furthmueller J., Harima H., Mudryi A. V., Aderhold J., Semchinova O. // J. Phys. stat. sol. (b). – 2002. -229. – Р. 195.

3.                  Miyajima T., Kudo Y., Liu K.-L., Uruga T., Honma T., Saito Y., Hori M., Nanishi Y., Kobayashi T., and Hirata S. Structure Analysis of InN Film Using Extended X-Ray Absorption Fine Structure Method. // Phys. stat. sol. (b). – 2002. - 234, 3. - Р 801–804.

4.                  S. Shutov, E. Appazov, V.Shostak. New application of InN. // InN, GaN, AlN and related materials, their heterostructures and devices. E-MRS Spreeng Meeting 2004. May 24-28 2004. –Strasbourg. - L/PII.03.

5.                  Davydov V. Yu., Klochikhin A. A., Emtsev V. V., Kurdyukov D. A., Ivanov S. V., Vekshin V. A. Band Gap of Hexagonal InN and InGaN Alloys. // Рhys. stat. sol. (b). – 2002. - 234, № 3. – Р. 787–795.

6.                  Чопра К., Дас С. Тонкопленочные солнечные элементы. – М.: Мир. - 1986. – 440 с.

7.                   Wysocki J.J., Rappaport P. Effect of Temperature on Photovoltaic Solar Energy Conversion. // J. Appl. Phus. – 1960. -31. – Р. 571

 

 





Ответы на вопросы [_Задать вопроос_]

Современные технические средства, комплексы и системы

Краснов В.А., Прохорович А.В., Шутов С.В., Деменский А.Н. Анализ флуктуаций размера растущего кристалла (на примере легированных монокристаллов кремния, вытягиваемых из расплава по методу Чохральского)

Завальнюк И.П. Управление высокопроизводительной экструзией неоднородных материалов

Долина В.Г., Писаренко А.В. Синтез складної багатовимірної системи управління випарною станцією на основі рефрактометричних вимірювань

Стопакевич А.А., Тодорцев Ю.К. Анализ современного состояния систем управления брагоректификационными установками спиртового производства

Поливода В.В. Современные компьютерные технологии в АСУ на хлебоприёмном предприятии

Ладанюк А.П., Українець А.І., Кишенько В.Д. Управління автоматизованими технологічними комплексами харчових виробництв на основі сценарного підходу

Ковриго Ю.М., Фоменко Б.В. Врахування обмежень для підвищення якості функціонування систем регулювання енергоблоків ТЕС і АЕС

Евдокимов А.В., Китаев А.В., Агбомассу В.Л. Исследование причин, определяющих вращение рамки с током в магнитном поле после воздействия на нее внешнего импульса

Кузнєцов Ю.М., Дмитрієв Д.О. Програмно математичний апарат керування виконавчим органом багатокоординатних верстатів нових компоновок

Черевко О.И., Ефремов Ю.И., Одарченко А.М., Одарченко Д.М, Агафонова Ю.Ю. Теоретическое обоснование перспективного биконического резонатора для СВЧ-устройств при переработке растительного сырья

Хобин В.А. Бабиков А.Ю. Системы экстремального управления молотковыми дробилками с функцией гарантированного соблюдения тепловых режимов их электродвигателей.

Стадниченко В.Н. Исследование влияния изменения эксплуатационных нагрузок на свойства металлокерамических слоёв полученных с использованием трибовосстанавливающих составов

Ісаєв Е.А., Наговський Д.А., Чернецька І.Е. До вибору факторів, що характеризують окомкування тонкоподрібнених залізорудних матеріалів

Федоровский К.Ю., Лунев А.А. Теплоотдача погружного пластинчатого теплообменника системы охлаждения энергоустановок морских технических средств

Федоровский К.Ю., Владецкий Д.О. Интенсификация теплоотвода замкнутых систем охлаждения энергоустановок морских технических средств.

Пономарьов Я.Ю., Ладанюк А.П., Іващук В.В. Досвід використання нечітких регуляторів в системі атоматизації випарної установки.

Левченко А.А., Кравчук О.И. Эквивалентный макромодуль процесса технического обслуживания радиотехнических средств.

Іволгіна Т.О. Енергетичний підхід до аналізу стійкості руху вимірювальної головки координатно-вимірювальної машини

Ладанюк А.П., Кишенько В.Д., Ладанюк О.А. Системна задача управління біотехнологічними процесами.

Тернова Т.І. Алгоритм оцінювання деформацій рапорту періодичних об'єктів

Рожков С.А., Федотова О.Н. Алгоритм обучения системы распознавания автоматической системы разбраковки тканей

Пупена О.М, Ельперін І.В, Ладанюк А.П. Особливості проектування комп’ютерно-інтегрованих систем управління

Квасніков В.П., Кочеткова О.В. Проектування координатно–вимірювальної машини на нейронних мережах

Водічев В.А., Мухаммед М.А. Дослідження системи стабілізації потужності різання металообробного верстата з фази-регулятором

Шутов С.В., Аппазов Э.С., Марончук А.И., Самойлов Н.А. Методика испытания термофотовольтаических преобразователей

Хобин В.А. Повышение качества формирования смесей средствами интеллектуализации алгоритмов управления порционным дозированием

Терновая Т.И. Автоматическая система разбраковки тканей с печатным рисунком методом компенсации информационных потоков

Рожков С.А., Бражник Д.А. Использование нейросетевых структур для построения систем распознавания образов

Місюра М.Д., Кишенько В.Д. Математичні моделі технологічних процесів пивоварного виробництва як об’єктів автоматизації

Ладанюк А.П., Власенко Л.О. Автоматизоване управління бізнес-процесами в комп’ютерно-інтегрованих структурах підприємства

Жукова Н.В., Литвинов В.І. Вирішення проблеми погодженого руху валків з неоднаковими катаючими діаметрами профілезгинальних станів

Денисова А.Е., Тодорцев Ю.К., Максименко И.Н. К вопросу об автоматизации интегрированной установки теплоснабжения с возобновляемыми источниками энергии

Бессараб В.И. Компьютеризированная система управления водоотливным хозяйством угольных шахт по критерию минимума энергозатрат

Хобин В.А. Регулятор переменной структуры для объектов технологического типа

Тонконогий В.М. Трехконтурная АСУ нанесением ионно-плазменного покрытия на режущий инструмент.

Колесникова Е.В., Кострова Г.В. Формирование базы данных АСУТП дуговой сталеплавильной печи.

Водічев В.А. Автоматизована система керування швидкостями робочих рухів то-карного верстата для підвищення ефективності обробки торцевих поверхонь.

Бергер Е.Г., Дмитрієв Д.О., Бергер Є.Е., Діневич Г.Ю. Синтез строфоїдографів за методом параметричних сімей.

Бабак В.П., В.Н. Стадніченко, О.Г. Приймаков Прогнозування надійності, дов-говічності та витривалості авіаційних матеріалів

Бабак В.П., Стадниченко В.Н., Приймаков О.Г., Токарчук В.В. Прогнозування витривалості авіаційних матеріалів .

Куцак Р.С. Використання методу координатного еталону в задачах автоматизації контролю якості тканини.

Попруга А.Г. Усовершенствование электрических нагревателей по критерию экономии энергии.

Пашковский А.А., Далечин А.Ю. Система регистрации спектров фотолюминес-ценции

Никольский В.В., Цюпко Ю.М. Применение пьезоэлектрических датчиков в сис-теме кондиционирования воздуха судовых систем микроклимата.

Крапивко Г.И., Хлопёнова И.А. Повышение коэффициента полезного действия кремниевых фотоэлектронных преобразователей методом лазерной гравировки.

Кихтенко Д.А. Управление шаговыми двигателями в микрошаговом режиме, оп-тимизация управления.

Горохов В.А. Автоматизированная транспортно-складская система в текстильной и легкой промышленности.

Водічев В.А. Система стабілізації потужності різання фрезерного верстата з взаємозв'язаним керуванням швидкостями робочих рухів.

Шутов С.В., Аппазов Э.С., Марончук А.И. Испытание фотоэлектрических преобразователей в условиях экстремальных температурных колебаний.

Худяев А.А. К проблеме повышения точности воспроизведенияв классе многоканальных воспроизводящих систем с эталонной настройкой каналов.

Тверезовський В.С., Бараненко Р.В. Принцип побудови елементів вимірювальних систем, представлених цифровими програмно керованими давачами.

Никольский В.В., Сандлер А.К. Моделирование процессов в вискозиметре с пьезоэлектрическим приводом.

Марончук И.Е., Андронова Е.В., Баганов Е.А., Курак В.В. Использование метода импульсного охлаждения насыщенного раствора-расплава для формирования наноразмерных структур InSb в матрице GaSb.

Водічев В.А. Аналого-цифровий регулятор режиму металообробки для верстатів з числовим програмним керуванням.

Блинов Э.И., Кравцов В.И., Кравцов А.В., Недбайло А.Н. Управление гибкими протяженными объектами направленными силовыми воздействиями.