2.5.1. Эквивалентная схема и вольт-амперная характеристика реального солнечного элемента

В любом солнечном элементе существуют потери мощности, обуслов­ленные паразитными сопротивлениями. Во многих случаях достаточно вве­сти сосредоточенные последовательное Rn и шунтирующее Rm сопротивле­ния в эквивалентную схему (рис. 2.20). Шунтирующие источник тока диод и Rm, а также включенное последовательно с ними сопротивление Rn должны обеспечивать на выходе напряжение U и ток I [21].

Последовательное сопротивление обусловлено объемным сопротивле­нием подложки, сопротивлением контактов на лицевой и обратной сторонах подложки. Шунтирующее сопротивление вы­звано главным образом токами утечки через ^-«-переход. Каналы объемных утечек соз­даются инородными микро — и макровключе­ниями в материале ^-«-перехода. Каналы по­верхностных утечек образуются при интен­сивной рекомбинации электронно-дырочных пар через непрерывный ряд энергетических состояний на поверхности полупроводника, возникающих из-за нарушения валентных связей, а также при прохождении тока по загрязнениям в местах выхода ^-«-перехода на поверхность [17].

Для получения более точной картины, особенно в случае применения в приборах тонких пленок, оказывающих сопротивление протеканию тока, следует использовать различные модели распределенного сопротивления, рассчитываемые численными и аналитическими методами.

Суммируя токи, протекающие в ветвях эквивалентной схемы, получа­ем уравнение вольт-амперной характеристики реального фотоэлемента

Последовательное и шунтирующее сопротивления обусловливают по­тери в СЭ, которые приводят к уменьшению коэффициента формы и на­пряжения холостого хода. Поэтому знание этих параметров очень важно для совершенствования технологии изготовления солнечных элементов.

Рис. 2.21. ВАХ солнечного элемента Рис. 2.22. ВАХ солнечного элемента

с различным значением сопротивления Rп с различным значением сопротивления Rш

Как правило, Rш велико, поэтому вторым слагаемым в уравнении (2.45) можно пренебречь.

Падение напряжения на последовательном сопротивлении оказывает зна­чительно более существенное влияние на вольт-амперную характеристику, чем

падение напряжения на шунтирую­щем сопротивлении (рис. 2.21 и 2.22).

Как видно из рис. 2.23, при уве­личении последовательного сопротив­ления от 0 до 5 Ом мощность умень­шается более чем на 70 %.

Допустимое значение R№ обес­печивающее малые потери мощно­сти, приближенно может быть най­дено, предполагая, что рабочая точка характеристики элемента отвечает режиму максимальной мощности, когда полные потери можно представить в виде Jm2Ru [21]. Тогда доля потерь мощности ZH определяется как

ZH ‘^т^п/(‘^т^т) JmRn/Vm ~ Jx. з-^^х. х.

При условиях JR з = 40 мА/см2 и ¥х х = 0,6 В, чтобы доля потерь была

меньше 3 %, последовательное сопротивление квадратного сантиметра площади элемента не должно превышать 0,5 Ом.

Аналогично доля потерь мощности на шунтирующем сопротивлении записывается в виде

Zш Vm^Rm/(Jm Vm) Vm/JmRm

Для того чтобы потери, обусловленные Rm, не превышали 3 %, —ш каждого квадратного сантиметра площади солнечного элемента должно быть боль­ше 500 Ом. Этот приближенный анализ обеспечивает достаточно точные результаты при ZH и Zm, не превышающих 5 %. При небольших потерях мощности ¥х х и ток 1к з почти не изменяется, а наиболее существенная причина этих потерь — относительное уменьшение коэффициента формы.