Разработана аналитическая модель, позволяющая прогнозировать основные характеристики фотопреобразователей (ФП) различного назначения, оптимизировать их, а также разрабатывать новые концепции конструирования ФП. Разработанный метод применим как для преобразователей узкополосного (в т.ч. лазерного) излучения, так и ФП широкого спектра, солнечных элементов (СЭ), включая самый конструктивно сложный класс приборов – многопереходные СЭ, состоящие из различных полупроводниковых материалов.

На основе обширной экспериментальной базы данных характеристик ФП эмпирически установлено, что для полупроводниковых p-n переходов существуют две фундаментальные константы - токовые инварианты Jz1 и Jz2, посредством которых связаны ширина запрещенной зоны (Eg) и температура (T) с характеристиками р-n переходов –диффузионного (J01) и рекомбинационного (J02) токов насыщения: J_0A=J_zA⋅exp((-E_g)/AkT), A=1 или 2.

Определена величина этих констант: Jz1=2.75·105 А/см2, Jz2=98 А/см2. При помощи установленных значений были определены зависимости J01 и J02 от ширины запрещенной зоны p-n переходов при температуре 300К. Полученные зависимости достоверно описывают практически все доступные в литературе экспериментальные значения токов насыщения для субэлементов многопереходных СЭ и однопереходных ФП (рис. 1). Использование токовых инвариантов и двух-диодной модели позволяет рассчитать ВАХ ФП и СЭ и, как следствие, прогнозировать их основные характеристики, включая точное (в отличие от стандартных моделей, включая метод Шокли-Квиссера) значение КПД (эффективности) - рис. 2.

Публикации

1. [1] Mintairov M.A., Evstropov V.V., Mintairov S.A., Nakhimovich M.V., Salii R.A., Shvarts M.Z., Kalyuzhnyy N.A., Sol. Energy Mater. Sol. Cells, v.264, 2024, p.112619.
2. [2] Минтаиров М.А., Евстропов В.В., Минтаиров С.А., Салий Р.А., Шварц М.З., Калюжный Н.А., Письма ЖТФ, т.50, 5, 2024, с.32 – 34