Разработка фотоэлементов, прозрачных за длинноволновым краем основной полосы поглощения, сделала возможным получение се­лективности спектральных оптических характеристик с помощью покрытий, нанесенных на тыльную поверхность этих фотоэлемен­тов, свободную от контактных полос, и почти полностью отражаю­щих нефотоактивную часть солнечного излучения. Это позволяет понизить равновесную температуру не только тех солнечных бата­рей, которые укрепляются на гибкой прозрачной несущей основе, но также и солнечных батарей, монтируемых на металлической поверхности самих космических аппаратов. Недавно было показа­но, что для очень тонких фотоэлементов (70—100 мкм) наличие отражающего слоя на тыльной поверхности полезно также и тем, что большая часть солнечного излучения в основной полосе по­глощения, проходящая сквозь тонкий фотоэлемент, за счет много­кратного отражения от рабочей и тыльной поверхностей в конце концов полностью им поглощается, что приводит к повышению КПД [391.

Рассмотрим специфические вопросы, возникающие при оптими­зации таких селективных систем и покрытий. При расчете не будем учитывать наличия на рабочей поверхности фотоэлемента просвет­ляющих и защитных стеклянных покрытий, которые прозрачны
и весьма слабо влияют на коэффициент отражения кремниевого фотоэлемента в области спектра 1,1—3,0 мкм. Справедливость такого допущения была подтверждена хорошим совпадением рас­четных результатов с экспериментальными, полученными при от­сутствии и наличии покрытий на рабочей поверхности исследован­ных фотоэлементов.

Не будем учитывать также наличия сильнолегированного (кон­центрация примеси порядка 1020 см-3), но весьма тонкого (0,5— 0,7 мкм) диффузионного слоя, поскольку ранее было показано, что такой слой в области спектра 1,1—3,0 мкм прозрачен и не влияет на оптические характеристики фотоэлемента. В связи с этим в расчетах делается допущение, что в спектральной области 1,1— 3,0 мкм кремний характеризуется только вещественным показате­лем преломления. Ограничимся рассмотрением нормального паде­ния излучения па систему.

Коэффициент отражения системы кремниевая пластина — отражающий металлический слой

Амплитуда коэффициента отражения запишется в виде

= 1„ —^expt—2гф0
0 і +/0гіЄхр(— ггсро ’

где из-за комплексного коэффициента Френеля на границе крем­ний—металл появляется cos (/гщ/щ4л;/?і — arg Гі). Формула коэф­фициента отражения в виде (1.21) применима лишь к оптическим системам, каждый из слоев которых имеет интерференционную тол­щину. В нашем случае толщина кремниевой пластины, обозначен­ная Zsi, много больше “к, а значение фазового угла становится не­допустимо большим и сильно зависит от небольших изменений Is і и X. Поэтому необходимо усреднить R по всем возможным значениям фазового угла.

Окончательное выражение для коэффициента отражения систе­мы имеет вид

Коэффициент отражения системы
кремниевая пластина — антипросветляющий слой
интерференционной толщины —
отражающий металлический слой

Введение антипросветляющего диэлектрического слоя позволяет еще больше увеличить отражение от кремния в выбранной области спектра. Похожий прием — применение одного или двух анти­просветляющих слоев — успешно используется в оптике для повышения отражения в видимой части спектра от стеклянных зеркал со слоем алюминия на тыльной поверхности [401. Длину волны, на которой диэлектрический слой будет антипросветляю­щим для границы кремний—металл, выберем из условия макси­мального отражения наиболее интенсивной части инфракрасного излучения, проходящего до тыльпой поверхности фотоэлемента. Вывод формулы коэффициента отражения для рассматриваемой системы основан на тех же рассуждениях, которые приведены для случая, когда нет антипросветляющего слоя.

Формула коэффициента отражения аналогична (1.22), только в этом случае г является амплитудным коэффициентом отражения при падении излучения из кремния на границу диэлектрический слой—металл. Определяется IrJ2 аналогично |г0|2:

, (2 І /і I2 + I г2 |2 + 2 | /і | | г2 | cos (лд1дАл/Х — arg г2)

1 Гі 1 " 1 + І /і І2 I r2 I2 + 2 I h I |r21 cos (Пцід4лД — arg r2) — ^

nSi —

где /і ———————- коэффициент Френеля на границе кремний—

nSi ‘ ”д

диэлектрический слой, arg/0 = 0; па — показатель преломления диэлектрического слоя; 1Л — геометрическая толщина диэлектри-

42

— комплексный коэффици­ент Френеля на границе диэлектрический слой—металл;

Представляет интерес определить оптимальную толщину анти­просветляющего слоя для фиксированной длины волны, чтобы получить возможность рассчитать максимальный коэффициент отражения.

При анализе формул (1.21) и (1.22) находим, что R —> Яшах, когда ) гх |2 —> | |п, ах, а значение | 2 максимально, когда

cos (пдїд4яД — argr2) = 1. Значение | |2 минимально, когда

cos (пд/д4лА — argr„) = —1, т. е.

Условие максимальности | |2, а следовательно, и R запишется

в виде

ид£д4лА — argr2 = + 2ят, где т = 1, 2, 3,…

Следовательно, оптимальная толщина антипросветляющего слоя для получения максимального отражения на выбранной длине волны