Особенности фотопреобразования в высокоэффективных кремниевых солнечных элементах

Выполнен анализ эффективности фотопреобразования $\eta$ в высокоэффективных солнечных элементах (СЭ) на основе кремния в зависимости от величины суммарной скорости поверхностной рекомбинации на освещенной и тыльной поверхностях $S_s$. С единых позиций рассмотрены солнечные элементы на основе кремниевых $p$–$n$-переходов и гетеропереходов $\alpha$-Si : H или $\alpha$-SiC : H-Si (так называемых HIT структур). Показано, что общей особенностью указанных солнечных элементов является повышенное значение напряжения разомкнутой цепи $V_{\mathrm{oc}}$, связанное с дополнительным вкладом тыльной поверхности. В рамках подхода, основанного на анализе физических закономерностей фотопреобразования в солнечных элементах с учетом основных механизмов рекомбинации, включающих рекомбинацию Шокли–Рида–Холла, излучательную рекомбинацию, поверхностную рекомбинацию, рекомбинацию в области пространственного заряда и межзонную рекомбинацию Оже, получены выражения для эффективности фотопреобразования таких солнечных элементов. Проведено сравнение развитой теории с экспериментом, в том числе и для солнечных элементов с рекордными параметрами, в которых величина $\eta$ составляет в условиях АМ1.5 25% для солнечных элементов с $p$–$n$-переходом и 24.7% для HIT структур. Из сравнения теории с экспериментом найдены значения $S_s$, достигнутые в результате минимизации рекомбинационных потерь различными способами. Проведено сравнение результатов расчета предельно возможной величины $\eta_{\mathrm{max}}$ в кремниевых солнечных элементах с результатами расчета $\eta_{\mathrm{max}}$, приведенными в работах других авторов. Между ними получено хорошее согласие.