СОВРЕМЕННЫЕ АРХИТЕКТУРЫ И ТЕХНОЛОГИИ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ III-V ДЛЯ КОСМИЧЕСКОГО И НАЗЕМНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Н.А. Паханов1, В.М. Андреев2, М.З. Шварц2, О.П. Пчеляков1
1Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, 630090, г. Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 13
pakhanov@isp.nsc.ru
2Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН, 194021, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 26
vmandreev@mail.ioffe.ru
Ключевые слова: архитектуры и технологии солнечных элементов III-V, солнечные элементы III-V/Si, солнечные элементы III-V/Si-Ge-Sn, многопереходные солнечные элементы, субэлементы, метаморфные слои, architectures and technologies of III-V solar cells, III-V/Si solar cells, III-V/Si-Ge-Sn solar cells, multi-junction solar cells, subcells, metamorphic layers
Страницы: 93-112
Подраздел: ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРО- И ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ
Аннотация
Многопереходные солнечные элементы (СЭ) на соединениях III-V являются самыми эффективными преобразователями солнечной энергии в электричество и широко используются в космических солнечных батареях и наземных фотоэлектрических модулях с концентраторами излучения. Все современные высокоэффективные солнечные элементы III-V основаны на отрабатываемой длительное время трёхпереходной III-V-гетероструктуре GaInP/GaInAs/Ge и имеют практически предельную для данной архитектуры эффективность 30 и 41,6 % для космического и наземного сконцентрированного излучений соответственно. Увеличение КПД в настоящее время происходит за счёт перехода от 3-переходной к более эффективным 4-, 5- и даже 6-переходным архитектурам III-V: развиваются технологии роста и методы постростовой обработки структур, создаются новые (с оптимальными значениями запрещённых зон) материалы и улучшаются кристаллографические параметры. В предлагаемом обзоре рассмотрены последние достижения и перспективы основных направлений исследований и совершенствования архитектур, технологий и материалов, на базе которых в лабораториях получены солнечные элементы с лучшими показателями эффективности преобразования: 35,8 % для космического, 38,8 % для наземного и 46,1 % для концентрированного солнечного излучений. Физические свойства соединений III-V хорошо изучены и разработаны технологии их получения. Максимальная эффективность фотоэлектрического преобразования СЭ на гетероструктурах III-V для внеатмосферного солнечного излучения достигает 35,8 % [1], что определяет их практически безальтернативное использование в космосе. В наземных условиях рекордные значения КПД СЭ составляют 38,8 % для неконцентрированного (AM1.5G) и 46,0 % для концентрированного (AM1.5D) излучений [1]. Предполагается, что к 2020 году эффективность приблизится к 40 % для прямого космического и к 50 % для концентрированного наземного солнечного излучений. В данном обзоре рассматриваются архитектуры и технологии изготовления СЭ с рекордной эффективностью для наземных и космических применений. Следует отметить, что в наземных энергоустановках использование СЭ III-V экономически выгодно в системах с концентраторами солнечного излучения.
DOI: 10.15372/AUT20180211 |
