Vật liệu và linh kiện bán dẫn Pin mat troi

Bán dẫn trong điều kiện không cân bằng và hóa thếđiều kiện cân bằngMức Fermi : là mức năng lượng mà tại đó xác suất tìm thấy điện tử là 1/2 ni : nồng độ hạt tải thuần... Bán dẫn trong đi

Cấu trúc PMT p-n

Yêu cầu: Bề dày các lớp bán dẫn phải thích hợp để hấp thụ càng nhiều photon nhưng vẫn

đủ mỏng cho các hạt tải điện di chuyển về 2 điện cực.

Nguyên lý hoạt động

Quang năng  hóa năng :

Bán dẫn hấp thụ photon có

NL ≥ Eg tạo ra e- và h+

Hóa năng  điện năng :

e- và h+ được phân ly và chuyển ra mạch ngoài

1

2

1 Hấp thụ photon

Quang năng  hóa năng :

e - ở vùng hóa trị hấp thụ photon có NL ≥ E g có thể nhảy lên vùng dẫn để lại h +

ở vùng hóa trị

1

Thỏa mãn ĐK bảo toàn năng lượng và động lượng

Xác suất hấp thụ photon (ħω) ̴ hệ số hấp thụ α(ħω)ω) ̴ hệ số hấp thụ α(ħω)) ̴ hệ số hấp thụ α(ħω) ̴ hệ số hấp thụ α(ħω)ω) ̴ hệ số hấp thụ α(ħω))

α(ħω) ̴ hệ số hấp thụ α(ħω)ω) ̴ hệ số hấp thụ α(ħω)) ̴ (ħω) ̴ hệ số hấp thụ α(ħω)ω) ̴ hệ số hấp thụ α(ħω) – Eg)1/2

Bán dẫn chuyển mức gián tiếp

α(ħω) ̴ hệ số hấp thụ α(ħω)ω) ̴ hệ số hấp thụ α(ħω)) ̴ (ħω) ̴ hệ số hấp thụ α(ħω)ω) ̴ hệ số hấp thụ α(ħω) – Eg ± ħω) ̴ hệ số hấp thụ α(ħω)Ω)1/2

2 Bán dẫn trong điều kiện không cân bằng và hóa thế

điều kiện cân bằngMức Fermi : là mức năng lượng mà tại đó xác suất tìm thấy điện tử là 1/2

ni : nồng độ hạt tải thuần

2 Bán dẫn trong điều kiện không cân bằng và hóa thế

EFC , EFV chuẩn mức Fermi của e

μe,h = (EFC – EFV) : độ lệch khỏi trạng thái cân bằng của CBD -

hóa thế của cặp e - và h +

(hóa

năng của cặp e - và h + )

Khi được chiếu sáng (điều kiện không cân bằng) :

- Có sự hình thành các hạt tải điện dư (hạt tải điện không cân bằng)

- HTĐ-KCB va chạm với mạng tinh thể  thiết lập trạng thái CB nhiệt với mạng tinh thể

- Điện tử tồn tại trong thời gian sống của chúng trên vùng dẫn (cũng như lỗ trống dưới

vùng hóa trị)

Nồng độ hạt tải điện lớn hơn giá trị ở ĐKCB : ne > neo , nh > nho  nenh > ni2

2 Bán dẫn trong điều kiện không cân bằng và hóa thế

Cân bằng : μe,h = 0

-Không cân bằng : μe,h ≠ 0

-Gọi N là tổng số cặp electron và lỗ trống trong CBD thì năng lượng chất bán dẫn tích trữ được dưới dạng hóa năng là Nμe,h

(quang năng  hóa năng)

Hóa năng  điện năng :

e- và h+ được phân ly và chuyển ra mạch ngoài

2

3 Chuyển tiếp p-n

Dòng tổng cộng qua lớp chuyển tiếp j = 0

3 Chuyển tiếp p-n

Khi chưa được chiếu sáng

cĩ thế tiếp xúc φ

3 Chuyển tiếp p-n

Khi được chiếu sáng

• Thế tiếp xúc φ của chuyển tiếp p-n lớn hơn hay bằng thế chênh lệch V giữa 2 chuẩn mức EFC và EFV : hóa năng được chuyển hóa hoàn toàn thành điện năng

• Thế tiếp xúc φ của chuyển tiếp p-n nhỏ hơn thế chênh lệch V giữa 2 chuẩn mức EFC và EFV : hóa năng không được chuyển hóa hoàn toàn thành điện năng Bên trong chuyển tiếp p-n tồn tại lượng hóa năng Nμe,h – năng lượng tối đa cung cấp cho mạch ngoài

4 Các dòng hạt tải điện và đặc trưng I-V của PMT

4 Các dòng hạt tải điện và đặc trưng I-V của PMT

Đặc trưng I-V

ở trạng thái CB trạng thái KCB (khi chiếu sáng)Phương trình đặc tuyến I-V của tiếp xúc p-n

Go : hạt tải khi chưa được chiếu sáng

ΔG : hạt tải khi được chiếu sángG : hạt tải khi được chiếu sáng

4 Các dòng hạt tải điện và đặc trưng I-V của PMT

Đặc trưng I-V

Khi V=0 (trường hợp đoản mạch) ta thu được dòng đoản mạch Jsc

Khi chưa chiếu sáng và thế phân cực ngược rất lớn (exp(eV/kT)<<1) ta thu được dòng bão hòa ngược JS

JQ = -eGo(Le + Lh) = - Js

Dòng đoản mạch và dòng bão hòa ngược là 2 thành phần cơ bản của đặc tuyến I-V của tiếp xúc p-n

4 Các dòng hạt tải điện và đặc trưng I-V của PMT

 VOC phụ thuộc trực tiếp vào T và gián tiếp vào dòng bão hòa IS

 Dòng bão hòa là dòng các hạt tải điện không cơ bản được tạo ra do kích thích nhiệt và

bị gia tốc bởi điện trường tiếp xúc Khi nhiệt độ PMT tăng, dòng bão hòa cũng tăng lên theo hàm số mũ

4 Các dòng hạt tải điện và đặc trưng I-V của PMT

Đặc trưng I-V của PMT

Đặc tuyến I-V của PMT trong tối (đường đứt nét) và khi chiếu sáng (đường liền nét)

Điều kiện cho công suất cực đại :

Với

Trong đó

Giải phương trình trên ta tìm được Vmax công suất cực đại

Với hệ số lấp đầy FF (Fill Factor)

FF là tỉ số giữa công suất đầu ra cực đại IMVM và tích của VOCJSC , dùng để kiểm tra chất lượng của PMT, Pin có chất lượng tốt FF : 0.7 – 0.8

Hiệu suất của PMT

Hiệu suất chuyển đổi quang điện η

Hiệu suất chuyển đổi quang điện là tỉ số giữa công suất cực đại và công suất chiếu

xạ

Mạch tương đương của PMT

 Lớp tiếp xúc bán dẫn p-n có tính chất chỉnh lưu  điot.

 Khi phân cực ngược, do điện trở ở lớp tiếp xúc có giới hạn  dòng rò Đặc

trưng cho dòng rò qua lớp tiếp xúc p-n  điện trở Shun RSh

 Khi dòng điện chạy trong mạch  đi qua các lớp bán dẫn p, n, các điện cực ,

các tiếp xúc…  điện trở Rs

Jph : Dòng quang điện (A/m2)

JD : dòng qua diot (A/m2)

Js : dòng bão hòa (A/m2)

Khi được chiếu sáng, nối bán dẫn p và n của tiếp xúc p-n bằng một dây dẫn  Jph

 Pin mặt trời có thể xem như nguồn điện

Điện cực trong PMT

- Là tiếp xúc KL-BD

• Tiếp xúc Ohmic : cho phép trao đổi hạt tải đa số giữa BD và KL dễ dàng.

• Tiếp xúc Schottky : ngăn cản trao đổi hạt tải đa số giữa BD và KL.

- Để tạo tiếp xúc Ohmic:

• Với BD loại p: công thoát KL > công thoát BD – p

• Với BD loại n: công thoát KL < công thoát BD – n

Lớp chống phản xạ trong PMT – bẫy quang học

Làm tăng cường hấp thụ ánh sáng cho PMT ( tăng hiệu suất pin )

 Cấu trúc kim tự tháp