При бесконечно большом времени жизни и диффузионной длине не­основных носителей в обоих слоях солнечного элемента и при ну­левой скорости поверхностной рекомбинации (а также при Д=0) коэффициент собирания будет равен единице во всей области фото­чувствительности данного полупроводникового материала, ‘а на кри­вой спектральной чувствительности появится резкий максимум при энергии квантов fev, равной ширине запрещенной зоны Е8 полу­проводника, из которого изготовлен солнечный элемент, после чего спектральная чувствительность начнет линейно убывать с увеличе­нием частоты (т. е. уменьшением длины волны) падающего опти­ческого излучения [21].

При отсутствии поверхностной и объемной рекомбинации все носители, созданные в полупроводнике излучением длиной волны Я, должны собираться и разделяться р—/г-переходом:

Ік з (A,) =qN0 (Я) =qE (k)/hv.

Отсюда видно, что спектральная чувствительность линейно за­висит от длины волны:

/к. з(Я)/£(Я) 0,8-103 Я. (1.21)

Если коэффициент отражения от поверхности солнечного элемента не равен нулю, то можно при расчетах учесть его абсолютное зна­чение Д, зависящее от длины волны. Тогда, естественно, спектраль­ная чувствительность будет выражена нелинейной функцией длины волны

/к. з/£=0,8 103 (1-Д*)Я.

«

Предельные значения спектральной чувствительности полупро­водникового солнечного элемента планарной конструкции при ука­занных ранее идеализированных условиях (нулевая скорость по­верхностной рекомбинации, бесконечно большие время жизни и диф­фузионная длина неосновных носителей заряда) и для двух значе­ний коэффициента отражения при X от 0,3 до 1,1 мкм: R=0 и R равно коэффициенту отражения полированного непросветленного

Рис. 1.28. Спектральные за­висимости коэффициентов собирания кремниевых сол­нечных элементов с различ­ными сочетаниями электро­физических параметров

1—4 — порядковый номер в табл. 1.2 кремния i? si (см. рис. 1.11, кривая 4), рассчитаны по формуле (1.21) (табл. 1.1).

Длинноволновый край спектральной чувствительности солнечных, элементов ограничен лишь энергетическим положением края основ*» ной полосы поглощения (или, как его ранее часто называли, крас* ной границей фотоэффекта), которое определяется шириной запре* щенной зоны полупроводника и характером оптических переходов зона—зона. Левый край чувствительности для планарного солнеч^ ного элемента определяется в основном скоростью поверхностной рекомбинации на обращенной к свету поверхности элемента.

Хорошей иллюстрацией этого положения являются расчетные спектральные зависимости коэффициента собирания кремниевых солнечных элементов (рис. 1.28) [107] для различных сочетаний электрофизических параметров (табл. 1.2). Анализ данных позво­ляет сделать несколько выводов о выборе основных направлений совершенствования технологии солнечных элементов:

улучшение длинноволновой области спектральной чувствитель­ности может быть достигнуто за счет увеличения времени жизни не­основных носителей в базовом слое, например, путем перехода к более чистому и высокоомному исходному полупроводниковому ма­териалу и сохранения его свойств в процессе изготовления солнеч­ных элементов;

на основе кремния могут быть изготовлены солнечные элементы с очень высокой чувствительностью в коротковолновой и ультра­фиолетовой областях спектра вплоть до 0,2 мкм (см. рис. 1.28). С этой целью необходимо резко уменьшить скорость поверхностной рекомбинации и глубину залегания р—гг-дерехода.

Параметры кремниевых солнечных элементов, расчетные спектральные зависимости коэффициента собирания которых даны на рис. 1.28

Таким образом, изучение спектральной чувствительности и коэф­фициента собирания солнечных элементов исключительно полезно для дальнейшего улучшения свойств солнечных элементов, увели­чения их КПД и, следовательно, расширения сферы применения. Тщательное исследование этих характеристик необходимо и для до­стижения необходимой точности измерений КПД, повышения уров­ня метрологических работ, когда требуется обеспечить совпадение параметров эталонного и измеряемых солнечных элементов. Ясное понимание причин отклонения параметров в ту или иную сторону позволяет устранить эти расхождения и обусловленную ими погреш­ность измерений.