1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
1.1. Общее состояние метрологии фотоэлектрических преобразователей (ФЭП)
Основным выходным параметром ФЭП, по которому судят об эффективности его работы, является коэффициент полезного действия (КПД). Для определения КПД ФЭП и батарей на их основе необходимо знать количество энергии излучения, поступившей на солнечный элемент, и количество электроэнергии, выработанной им
Проблема, однако, осложняется несколькими обстоятельствами [1]:
· энергия поступает к элементу в форме солнечного излучения, спектральный состав и мощность которого продолжают уточняться даже для заатмосферных условий, а характеристики наземного солнечного излучения чрезвычайно сильно зависят от состояния атмосферы и часто изменяются в течение весьма непродолжительных периодов времени;
· создание солнечных имитаторов, копирующих по всем основным параметрам заатмосферное или выбранное в качестве стандарта наземное солнечное излучение, представляет собой сложную научно-техническую задачу;
· при разработке стабильных эталонных солнечных элементов для настройки солнечных имитаторов, следует учитывать особенности оптических и электрических свойств каждого типа элементов, в частности их спектральной чувствительности; при измерении выходных электрических параметров элементов и батарей необходимо иметь в виду сильное влияние последовательного сопротивления элементов и сопротивления измерительных приборов на получаемые значения.
Таким образом, определение КПД ФЭП и солнечных батарей представляет собой сложную комплексную проблему, что выделило метрологию полупроводниковых преобразователей энергии излучения в самостоятельный раздел исследований по фотоэлектричеству.
Метрологические задачи и вопросы точного определения КПД солнечных элементов, с одной стороны, и изучение их оптических характеристик — с другой, тесно связаны между собой. Общность используемых спектральных и интегральных оптических приборов и методов, решающее влияние свойств поверхности ФЭП на их КПД, необходимость точно имитировать спектр солнечного излучения при измерении как КПД, так и оптических параметров элементов, высокие требования, предъявляемые в обоих случаях к оптическим покрытиям на рабочих поверхностях преобразователей солнечной энергии и элементов имитаторов солнечного излучения,— все это объединяет две большие и важные области современной гелиоэнергетики.
Разработке и стандартизации точных методов измерения характеристик солнечных элементов и батарей уделяется большое внимание во всех странах, занимающихся использованием и преобразованием солнечного излучения в другие формы энергии. Повышение интереса к работам в этой области вызвано значительными достижениями на пути усовершенствования кремниевых ФЭП, что позволяет уже сейчас широко использовать солнечные батареи не только в космических, но и в наземных условиях, и закладывает основу для создания фотоэлектрических станций значительной мощности.
Измерение электрических характеристик ФЭП проводится для решения различных задач, в том числе: определение нормируемых параметров при приемо-сдаточных испытаниях; контроль за ходом технологических процессов; сортировка по КПД перед сборкой отдельных элементов и групп для их соединения с минимальными коммутационными потерями; прогнозирование электрических характеристик в различных нестационарных условиях работы; оптимизация параметров при разработке и исследовании новых типов солнечных элементов. Требования к условиям и точности измерений во всех случаях могут быть существенно различными. Одной из наиболее важных является задача измерения характеристик готовой продукции при приемо-сдаточных (квалификационных) испытаниях. Такие измерения должны быть строго единообразными, а методы их проведения — достаточно точными, позволяющими получать надежные воспроизводимые результаты. Стандартизация методов измерений позволяет с высокой степенью точности прогнозировать и определять нормируемые характеристики батарей при их проектировании, разработке и изготовлении, а также облегчает проблему сравнительной оценки качества ФЭП, выпускаемых в разных странах мира.[1].
Проблема точных измерений неразрывно связана с обеспечением точного воспроизведения стандартных параметров солнечного излучения. В настоящее время, при измерении характеристик солнечных элементов, предназначенных для космоса, в качестве стандарта повсеместно приняты следующие условия: температура 25 оС, РИ = 1360 Вт/м2, спектральный состав излучения, соответствующем режиму АМ0 (заатмосферное солнечное освещение). Измерение проводятся на имитаторах Солнца, реже на естественном солнечном излучении. Среди искусственных источников света приемлемыми считаются три: ксеноновая лампа с короткой дугой, импульсная ксеноновая и вольфрамовая лампы при цветовой температуре 3400 К с дихроическим интерференционным фильтром. Учитывая, что спектральное распределение энергии даже у высококачественных имитаторов отличается от стандартного солнечного, настройка интенсивности имитатора производится с помощью специально отградуированного эталонного ФЭП по значению его тока короткого замыкания (IКЗ), которое должно соответствовать паспортному значению IКЗ при фиксированных стандартных условиях проведения измерений.
1.2 Концепция и содержание методики анализа уровня качества отечественных ФЭП
Основной задачей при аттестации ФЭП является определение выходных и диодных параметров, а также параметров неосновных носителей заряда (ННЗ) в базовом кристалле на всех этапах изготовления ФЭП. Для измерения указанных параметров используют различные методы, основанные на измерении и аналитической обработке:
- световых и темновых вольт-амперных характеристик (ВАХ);
- вольт-фарадной характеристики (ВФХ);
- спектральной зависимости тока короткого замыкания ФЭП;
- характера спада напряжения холостого хода со временем после отсечки светового потока.
Метод измерения и аналитической обработки экспериментальной нагрузочной световой ВАХ ФЭП позволяет наряду с выходными параметрами ФЭП определять его фототок и световые диодные параметры, а обработка темновых ВАХ позволяет определять темновые диодные параметры ФЭП. Методы аналитической обработки нагрузочных световой и темновой ВАХ позволяют сравнительно легко определять с помощью ЭВМ фототок, выходные и диодные параметры ФЭП, необходимые при определении путей дальнейшего совершенствования конструктивно-технологического решения (КТР) ФЭП.
Для определения параметров p-n-перехода широкое распространение получил метод вольт-фарадной характеристики. Он позволяет определить концентрации легирующих примесей, генерационное время ННЗ, плотности поверхностных состояний и их распределения по энергиям.
Аналитическая обработка спектральной зависимости тока короткого замыкания ФЭП позволяет определять коэффициент собирания и диффузионную длину ННЗ.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.