Перспективы развития фотоэлектрических генераторовВопреки нашим оптимистичным прогнозам простейшие фотоэлектрические генераторы по к. п. д. пока еще не превосходят системы на основе механических тепловых машин и термоионных преобразователей. Низкий к. п. д. фотоэлектрического генератора объясняется двумя основными причинами: с одной стороны, значительная часть световых фотонов обладает энергией, которая не оказывает нужного действия на электроны материала, а с другой—разность потенциалов на нагрузке составляет лишь очень малую часть величины. Весьма вероятно, что проводимые в настоящее время исследования позволят создать новые устройства, в которых указанные недостатки окажутся менее существенными. О перспективах и выгодности развития фотоэлектрических генераторов можно сделать вывод, пройдя курсы 1с, позволяющие достаточно быстро освоить бухгалтерский учет. В высоколегированных полупроводниках, где ширина запрещенной зоны значительно больше, второй из названных недостатков выражен значительно слабее. В этом случае число носителей, преодолевающих р— n-переход «окольными» путями, уменьшается и величина возрастает. Теперь вместо ранее принятого значения 0,5 разность потенциалов может достигать 0,7 Е3 и более, что способствует увеличению максимальной мощности генератора. Однако в начале гл. 8 мы показали, что при больших доля солнечного излучения, «воспринимаемая» электронами материала, оказывается меньше, чем при оптимальных значениях, лежащих в диапазоне 1,0—1,4 эВ. Проводятся и другие перспективные исследования по созданию более сложных устройств. Идея, положенная в основу построения таких устройств, напоминает принцип каскадирования в термоэлектрическом генераторе.Солнечная радиация сначала попадает на элемент, изготовленный из полупроводника с большой шириной запрещенной зоны, благодаря чему он обладает высоким к. п. д. в нужной нам части солнечного спектра. Фотоны с энергиями ниже не оказывают воздействия на этот элемент, материал которого для них по существу является прозрачным. Пройдя через первый каскад, эти фотоны попадают во второй, выполненный из материала с меньшей величиной (по сравнению с первым элементом). Его способность - захватывать эти фотоны высока, хотя к. п. д. ниже, чем у первого элемента. Такое сочетание двух солнечных элементов позволяет получить более высокий суммарный к. п. д , чем для каждого из них в отдельности. Предположим, что граничная длина волны первого элемента составляет 0,7 мкм, а второго, как и прежде, 1,1 мкм. На основе данных табл. 4 в результате ориентировочного расчета находим, что доля поглощенной в первом элементе солнечной энергии в идеальном случае достигает 34%, а во втором — около 27%. Далее, если напряжение на выходе первого элемента, а ток составляет 80% от значения тока в режиме короткого замыкания, то его к. п. д. оценивается величиной 0,7-0,8-34=19%. Аналогично находим к. п. д. второго элемента: 0,5-0,7-27 = 9%. Таким образом, общий к. п. д. такого устройства почти вдвое превышает к. п. д. рассмотренного ранее простейшего фотоэлектрического генератора. Возможность дальнейшего совершенствования такого рода устройств открывается с применением для их изготовления интегральной технологии и созданием так называемого интегрального генератора, в котором ширина запрещенной зоны изменяется с глубиной; она велика у облучаемой поверхности, а затем уменьшается в глубь материала. Эта и другие новые разработки фотоэлектрических генераторов открывают дальнейшие перспективы повышения их к. п. д.; предполагается, что к. п. д. фотоэлектрических систем может достигнуть 50—60%, то есть превысить к. п. д. любых других систем. Особое внимание уделяется вопросу удешевления конструкций фотоэлектрических генераторов, поскольку созданные до настоящего времени устройства оказались чрезвычайно дорогостоящими. |
||
