М. М. КОЛТУН

Колтун М. М. Оптика и метрология солнечных элементов.— М.: Наука, 1985.— 280 с.

f

Представлены оптические и электрические характеристики солнечных элементов и батарей из различных полупроводниковых материалов. Рас­сматриваются способы градуировки эталонных солнечных элементов, раз­работанные методики измерений КПД, применяемые к наземным и вне­атмосферным условиям, конструкции имитаторов солнечного излучения, пути повышения эффективности и улучшения оптических свойств фото­электрических преобразователей солнечной энергии, в частности, с по­мощью просветляющих покрытий

Для специалистов в области солнечной энергетики, оптики и метро­логии полупроводниковых приборов Табл 10. Ил. 112 Библиогр. 494 назв.

Рецензенты В. А рилихес, Б. В. Тарнижевсюш

t

К проблеме освоения энергии солнечного света привлечено в на­стоящее время внимание специалистов разных научных дисциплин — от химии и биологии до физики твердого тела [1]. Особенно боль­шие успехи достигнуты на пути создания полупроводниковых сол­нечных элементов и батарей различных конструкций [2]. Все круп­нее, легче и мощнее становятся солнечные батареи космических ап­паратов и станций [3], все шире их применение на земле [4], все выше КПД и разнообразнее их свойства [5].

Около тридцати лет прошло с момента проведения первых работ, положивших начало современной фотоэлектрической энергетике [6, 7] (краткая справка научной и практической значимости их дана в статьях [8, 8а, 86]). Эти исследования, в сваю очередь, опирались на стройную теорию фотоэлектрических явлений в полупроводни­ках, созданную в 30—40-е годы нашего столетия. В СССР развитие этого направления физики полупроводников определили работы ака­демика А. Ф. Иоффе и его школы, углубившие наше понимание природы фотопроводимости и фотоэлектрических явлений в полу­проводниках и полупроводниковых р—^-переходах [9—12]. Резуль­таты отечественных и зарубежных исследований в области создания фотоэлектрических приборов, преобразующих энергию излучения, в том числе солнечного, в электрическую, были полно и всесторон­не обобщены в монографиях [12, 13]. Полезные теоретические и ^практические рекомендации по выбору оптимальной конструкции фотопреобразователей и описание их электрофизических характе­ристик даны в публикациях [14—19]. Создание надежных и легких конструкций солнечных батарей (в основном космического назна­чения) и вопросы воздействия на них космического излучения рас­смотрены в обзорах [20—22], исследования по разработке оптималь­ных просветляющих, теплорегулирующих и радиационно-защитных оптических покрытий для солнечных элементов и батарей представ­лены в книге [23].

Настоящая монография посвящена проблемам оптики и метро­логии солнечных элементов и является первой в этой области. Сло­ва «оптика» и «метрология» недаром стоят рядом в названии книги. Только знание комплекса оптических и метрологических характе­ристик солнечного излучения и имитаторов Солнца, а также полу­проводниковых солнечных элементов и применение разнооб­разных способов эталонирования численных значений параметров элементов позволяют квалифицированно оценить эффективность по­следних и наметить дальнейшие пути увеличения их КПД. Нет другого способа оценки качества преобразователей солнечной энер-

гии (в том числе — качества солнечных элементов), чем измерение, основанное на разумной, проверенной методике. Недаром известный оптик С. Толанский отмечал, что веками освященную формулу: уви­деть значит поверить, нельзя считать верной в наше время [24]. Сегодня поверить можно только после точного измерения.

Автор выражает глубокую признательность ответственному ре­дактору книги, научным работникам различных организаций нашей страны, коллегам, сотрудникам и аспирантам (результаты совмест­ных исследований с ними легли в основу многих разделов настоя­щей книги). Большое всестороннее участие в подготовке рукописи к печати принимали Г. А. Гухман, И. В. Грачева и Т. Н. Федоров­ская, которым автор искренне благодарен.

Созданию солнечных элементов предшествовали детальное изучениа оптических свойств полупроводников, исследование процессов вза — имодействия света с веществом внутри полупроводникового мате­риала, приводящих к появлению избыточных, неравновесных носи­телей заряда.

Для понимания оптических и фотоэлектрических свойств солнеч­ных элементов необходимо хотя бы кратко рассмотреть качествен­ные особенности зонной структуры полупроводников, ее отличие от электронного строения металлов и изоляторов, основные оптические характеристики полупроводниковых веществ, определяемые зонной структурой, и уже затем перейти к анализу оптических и фото­электрических свойств самих солнечных элементов (и, конечно, ме­тодов их измерения), а также методов определения и исследования структурных и электрофизических параметров отдельных полупро­водниковых слоев элементов. Эти параметры в значительной степе­ни определяют как характеристики, так и эффективность солнечных: элементов и батарей.

В первой главе, как и в целом в книге, не будут затрагиваться проблемы, связанные с концентрацией солнечного излучения, по­ступающего на поверхность солнечных элементов, и разработкой светоделительных устройств, изменяющих его спектральный состав. Обе эти проблемы достаточно полно освещены в специализирован­ной литературе.