Солнечный элемент на переходе Шоттки
В базовом солнечном элементе с переходом Шоттки (барьером Шоттки) граница раздела между металлом и полупроводником обеспечивает изгиб зон, необходимый для разделения зарядов. [ 1 ] Традиционные солнечные элементы состоят из полупроводниковых слоев p-типа и n-типа , скрепленных вместе, образующих источник встроенного напряжения ( pn-переход ). [ 2 ] Из-за разных энергетических уровней между уровнем Ферми металла и зоной проводимости полупроводника создается резкая разность потенциалов вместо плавного зонного перехода, наблюдаемого через pn-переход в стандартном солнечном элементе, и это высота Шоттки. барьер . [ 3 ] Несмотря на то, что производство солнечных элементов с барьером Шоттки уязвимо к более высоким уровням термоэлектронной эмиссии , оно оказывается экономически эффективным и промышленно масштабируемым. [ 4 ]
Однако исследования показали, что тонкие изолирующие слои между металлом и полупроводниками улучшают характеристики солнечных элементов, что вызывает интерес к солнечным элементам с переходом Шоттки металл-изолятор-полупроводник. Тонкий изолирующий слой, такой как диоксид кремния , может снизить скорость рекомбинации электронно-дырочных пар и темнового тока , позволяя неосновным носителям туннелировать через этот слой. [ 5 ]
Переход Шоттки — это попытка повысить эффективность солнечных элементов за счет введения примесного энергетического уровня в запрещенную зону. Эта примесь может поглощать больше фотонов с более низкой энергией, что повышает эффективность преобразования энергии ячейки. [ 6 ] Этот тип солнечных элементов обеспечивает улучшенное улавливание света и более быструю транспортировку носителей по сравнению с более традиционными фотоэлектрическими элементами. [ 7 ]
Типы материалов
[ редактировать ]Солнечные элементы с переходом Шоттки могут быть изготовлены из множества различных типов материалов.
Селенид кадмия
[ редактировать ]Одним из материалов является селенид кадмия . [ 8 ] Как полупроводник с прямой запрещенной зоной CdSe имеет множество применений в современных технологиях. Предыдущие эксперименты с использованием CdSe в солнечных элементах привели к эффективности преобразования энергии примерно 0,72%. [ 8 ] Лян Ли и др. предлагают использовать одиночные наноремни из селенида кадмия на электродах. В этом методе используется электронно-лучевая литография , или EBL, которая обеспечивает более эффективный метод синтеза для разработки солнечных элементов с переходом Шоттки. Хотя этот материал пока не обеспечивает большой эффективности преобразования энергии, появление более простых методов изготовления обещает многообещающее применение в наноэлектронике . [ 8 ] Проводятся дальнейшие исследования по повышению эффективности ячеек из селенида кадмия.
Оксид никеля
[ редактировать ]При создании солнечных элементов с объемным гетеропереходом слоем является оксид никеля эффективным анодным p-типа . Его функция полупроводника с широкой запрещенной зоной помогает выравнивать поверхность анода и помогает максимальному потоку фотонов достигать активного слоя. В этом случае также измерялась толщина NiO, и увеличение толщины снижает эффективность ячейки. В этих элементах оксид никеля заменяет поли(3,4-этилендиокситиофен) полистиролсульфонат или PEDOT:PSS , что приводит к значительному увеличению производительности при сохранении стабильности элемента. По сравнению с элементом из селенида кадмия элементы из диоксида никеля обеспечивают эффективность преобразования энергии до 5,2%. [ 9 ]
арсенид галлия
[ редактировать ]При правильных условиях элемент из арсенида галлия может обеспечить КПД около 22%. Это считается МДП, или металл-изолятор-полупроводник , и требует тонкого оксидного слоя для предотвращения подавления фототока. [ 10 ] Шэн С. Ли и др. впервые показывают, что эффективная высота барьера, равная энергии запрещенной зоны, может быть реализована, если правильно выбраны толщина и плотность легирующей примеси p-слоя, а также плотность легирующей примеси в n-подложке. [ 10 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Тунг, Раймонд Т. (2014). «Физика и химия высоты барьера Шоттки» . Обзоры прикладной физики . 1 (1): 011304. Бибкод : 2014ApPRv...1a1304T . дои : 10.1063/1.4858400 .
- ^ Партейн, Ларри; Фраас, Льюис (2010). Солнечные элементы и их применение . Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc.
- ^ Ландсберг, ПТ; Климпе, К. (1977). «Теория барьерной клетки Шоттки» (PDF) . Труды Лондонского королевского общества. Серия А, Математические и физические науки . 354 (1676): 101–118. дои : 10.1098/rspa.1977.0058 . S2CID 97366390 .
- ^ Шриватава, С.; и др. (1980). «Эффективность солнечных элементов с барьером Шоттки». Физический статус Солиди А. 58 (2): 343–348. Бибкод : 1980PSSAR..58..343S . дои : 10.1002/pssa.2210580203 .
- ^ Пулфри, Дэвид Л. (1978). «Солнечные элементы MIS: обзор». Транзакции IEEE на электронных устройствах . 25 (11): 1308–1317. Бибкод : 1978ITED...25.1308P . doi : 10.1109/t-ed.1978.19271 . S2CID 47296128 .
- ^ Луке, Антонио; Марти, Антонио (1997). «Повышение эффективности идеальных солнечных элементов за счет фотонных переходов на промежуточных уровнях». Письма о физических отзывах . 78 (26): 5014–5017. Бибкод : 1997PhRvL..78.5014L . дои : 10.1103/physrevlett.78.5014 .
- ^ Синьмин, Го, Нин, Дэхай (2011). Фан, Гуйфэн, Ван, Куньлинь, Ли , Материалы и интерфейсы . 3 (3): 721–725 . 10.1021 . / am1010354
- ^ Jump up to: а б с Ли, Лян; Лу, Хао; Дэн, Каймо (3 декабря 2012 г.). «Солнечные элементы с одиночными нанолентами CdSe на электродах с переходом Шоттки». Журнал химии материалов А. 1 (6): 2089–2093. дои : 10.1039/C2TA00410K .
- ^ Ирвин, Майкл Д.; Бухгольц, Брюс; Хейнс, Александр В.; Чанг, Роберт П.Х.; Маркс, Тобин Дж. (26 февраля 2008 г.). «Полупроводниковый оксид никеля p-типа как повышающий эффективность анодного межфазного слоя в полимерных солнечных элементах с объемным гетеропереходом» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (8): 2783–2787. Бибкод : 2008PNAS..105.2783I . дои : 10.1073/pnas.0711990105 . ПМЦ 2268537 .
- ^ Jump up to: а б Ли, Шэн С. (февраль 1978 г.). «Теоретический анализ нового солнечного элемента с барьером Шоттки из арсенида галлия MPN». Твердотельная электроника . 21 (2): 435–438. Бибкод : 1978SSEle..21..435L . дои : 10.1016/0038-1101(78)90274-5 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Мемминг, Рюдигер (2000). Электрохимия полупроводников (2-е изд.). Вайли-ВЧ. стр. 26–38. дои : 10.1002/9783527613069 . ISBN 978-352731281-8 . S2CID 30162712 .