Эффект Staebler -wronski
Эффект Staebler-wronski (SWE) относится к индуцированным светом метастабильным изменениям в свойствах гидрогенизированного аморфного кремния .
Плотность дефектов гидрогенизированного аморфного кремния (A-SI: H) увеличивается с воздействием света, вызывая увеличение тока рекомбинации и снижение эффективности превращения солнечного света в электричество .
Это было обнаружено Дэвидом Л. Стэблером и Кристофером Р. Вронски в 1977 году. Они показали, что темный ток и фотоконкуренность гидрогенизированного аморфного кремния могут значительно снижаться путем длительного освещения с интенсивным светом. Однако при нагревании образцов до более чем 150 ° C они могут изменить эффект. [ 1 ]
Объяснение
[ редактировать ]Некоторые экспериментальные результаты
[ редактировать ]- Фотоконкурентность и темная проводимость быстро снижаются сначала, прежде чем стабилизировать при более низком значении.
- Прерывания в освещении не влияют на последующую скорость изменения. После того, как образец снова освещен, фотопроводимость упадет, как если бы не было прерывания.
Предлагаемые объяснения
[ редактировать ]Точная природа и причина эффекта Staebler -wronski до сих пор не очень известны. Нанокристаллический кремний страдает меньше от эффекта Staebler -wronski, чем аморфный кремний, что позволяет предположить, что расстройство в аморфной сети Si Si играет главную роль. Другими свойствами, которые могут играть роль, являются концентрация водорода и его сложный механизм связывания, а также концентрация примесей.
Исторически, наиболее предпочтительной моделью была модель переключения водородных связей. [ 2 ] Он предлагает, чтобы пара электронов-отверстия, образованная падающим светом, могла рекомбинировать вблизи слабой связи Si-Si, высвобождая энергию, достаточную для разрыва связи. Затем соседний атом H образует новую связь с одним из атомов Si, оставляя свисающую связь . Эти висящие связи могут улавливать пары электронных дыр, тем самым уменьшая ток, который может пройти. Тем не менее, новые экспериментальные данные ставят под сомнение эту модель. Совсем недавно модель столкновения H предположила, что два пространственно отделенных события рекомбинации вызывали выброс мобильного водорода из связей Si -H с образованием двух висящих связей, с метастабильным парным состоянием H, связывающим атомы водорода на далеком участке. [ 3 ]
Эффекты
[ редактировать ]Эффективность аморфного кремниевого солнечного элемента обычно падает в течение первых шести месяцев работы. Это падение может находиться в диапазоне от 10% до 30% в зависимости от качества материала и конструкции устройства. Большая часть этой потери исходит в коэффициенте заполнения ячейки. После этого начального падения эффект достигает равновесия и вызывает немного дальнейшего ухудшения. Уровень равновесия сдвигается с рабочей температурой, так что производительность модулей, как правило, восстанавливается в летние месяцы и снова падает в зимние месяцы. [ 4 ] Большинство коммерчески доступных модулей A-SI имеют деградацию SWE в диапазоне 10–15%, и поставщики обычно указывают эффективность на основе производительности после того, как деградация SWE стабилизировалась. В типичном солнечном элементе аморфного кремния эффективность снижается до 30% в течение первых 6 месяцев в результате эффекта Staebler -wronski, а коэффициент заполнения падает с более чем 0,7 до около 0,6. Эта индуцированная светом деградация является основным недостатком аморфного кремния в качестве фотоэлектрического материала. [ 5 ]
Методы уменьшения SWE
[ редактировать ]- Использование нанокристаллического кремния вместо аморфного кремния
- Работа при более высокой температуре. Это может быть достигнуто путем интеграции PV в фотоэлектрический тепловой гибридный солнечный коллектор (PVT).
- Укладка одного или нескольких более тонких слоев аморфного кремния вместе с другими материалами с образованием солнечного элемента с несколькими функциями . [ 6 ] Более высокое электрическое поле, которое применяется в более тонких слоях, по -видимому, уменьшает SWE.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Staebler, DL; Wronski, CR (1977). «Обратимые изменения проводимости в производительном разряде аморфного Si». Прикладные физические буквы . 31 (4): 292. Bibcode : 1977apphl..31..292s . doi : 10.1063/1,89674 . ISSN 0003-6951 .
- ^ Kołodziej, A. (2004). «Эффект Staebler-Wronski в аморфном кремнии и его сплавах» . Оптоэлектроника обзор . 12 (1): 21–32 . Получено 31 октября 2015 года .
- ^ Бранц, Говард М. (15 февраля 1999 г.). «Модель водородного столкновения: количественное описание метастабильности в аморфном кремнии». Физический обзор б . 59 (8). Американское физическое общество (APS): 5498–5512. Bibcode : 1999 phrvb..59.5498b . doi : 10.1103/physrevb.59.5498 . ISSN 0163-1829 .
- ^ Uchida, Y и Sakai, H. Индуцированные световые эффекты в пленках A-Si: H и солнечных элементах, мат. Резерв Соц Симптат Proc., Vol. 70, 1986
- ^ Нельсон, Дженни (2003). Физика солнечных элементов . Императорская колледж Пресс.
- ^ Эффект Staebler-Wronski в аморфном кремнеоном PV и процедурах для ограничения архива 6 марта 2007 года в The Wayback Machine , EY-1.1: 28 октября 2005 г., Бенджамин Страхм, Федеральная политехническая школа Лозанны, Центр исследований в области плазмы (показывает Power Point Slide))