3-я Мытищинская ул., д. 16, Москва, 129626;
Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049
Феклистова Александра Аркадьевна — инженер-технолог (1); студент (2)
16 3rd Mytishinskaya Str., Moscow 129626;
4-1 Leninsky Ave., Moscow 119049
Aleksandra A. Feklistova — Engineer-Technologist (1); Student (2)
3-я Мытищинская ул., д. 16, Москва, 129626
Рябцева Мария Владимировна — канд. физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник
16 3rd Mytishinskaya Str., Moscow 129626
Mariya V. Ryabceva — Cand. Sci. (Phys.–Math.), Leading Researcher
3-я Мытищинская ул., д. 16, Москва, 129626;
Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049
Чуянова Елена Сергеевна — научный сотрудник (1); аспирант (2)
16 3rd Mytishinskaya Str., Moscow 129626;
4-1 Leninsky Ave., Moscow 119049
Elena S. Chuyanova — Researcher (1); Postgraduate Student (2)
Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049
Вагапова Наргиза Тухтамышевна — канд. хим. наук, доцент кафедры
4-1 Leninsky Ave., Moscow 119049
Nargiza T. Vagapova — Cand. Sci. (Chem.), Associate Professor
Представлена модель вольт-амперной характеристики фотоэлектрического преобразователя p-типа проводимости на основе c-Si с пассивированным эмиттером на тыльном контакте после облучения электронами с энергией 1 МэВ. Ионизирующее излучение вызывает дефекты в кристаллической решетке, увеличивая внутреннее сопротивление фотоэлектрического преобразователя. Установлено, что увеличение концентрации ловушек (энергетических уровней в запрещенной зоне полупроводникового материала) приводит к уменьшению диффузионной длины неосновных носителей заряда, что, в свою очередь, снижает ток короткого замыкания и напряжение холостого хода, существенно влияя на эффективность и мощность фотоэлектрического преобразователя. Моделирование кривых деградации основывалось на предположении, что на диффузионную длину неосновных носителей заряда в базе и эмиттере фотоэлектрического преобразователя наибольшее влияние оказывает ионизирующее излучение при облучении электронами с энергией 1 МэВ в диапазоне флюенсов до 1015 см-2, что по величине эквивалентно радиационным условиям эксплуатации солнечной батареи. Получены деградационные кривые основных электрических параметров фотоэлектрического преобразователя, включая напряжение холостого хода, тока короткого замыкания, последовательное и шунтирующее сопротивление. На основании рассчитанных кривых деградации тока короткого замыкания и напряжения холостого хода, а также физических основ работы фотоэлектрического преобразователя выявлено, что напряжение холостого хода изменялось более значительно, в то время как ток короткого замыкания практически оставался постоянным. Анализ экспериментально полученных вольт-амперных характеристик показал, что на снижение максимальной мощности (24,8 %) влияет уменьшение шунтирующего и увеличение последовательного сопротивления. Сравнение модели и экспериментальных результатов показало погрешность не более 5,3 %. Таким образом, при оценке радиационной стойкости солнечных батарей частичная замена натурных радиационных испытаний фотоэлектрического преобразователя на моделирование позволит ускорить и удешевить работы.
In this work, we developed an I-V curve model of p-type c-Si-based solar cell (SC) with a passivated emitter at the rear contact after irradiation with 1 MeV electrons. The I–V curve is one of the key output characteristics of SCs and solar panels (SPs), from which all the main electrical parameters can be obtained and the performance of the developed design can be evaluated. Radiation is high-energy particles, which, as a rule, cause defects in the crystal lattice, increasing the internal resistance of the SCs design. The resulting defects create energy levels in the forbidden zone of the semiconductor material that act as capture (traps) or recombination centers. An increase in the concentration of traps leads to a decrease in the minority carriers’ diffusion length, which in turn reduces short-circuit current (Isc) and open-circuit voltage (Uoc), significantly affecting the efficiency and power of the SC. Modeling of the degradation curves was based on the assumption that the value of minority carriers’ diffusion lengths in the base and emitter of the SC are most affected by ionizing radiation, when exposed to electrons with energy of 1 MeV in the fluence range up to 1015 cm-2, which is equivalent in magnitude to the radiation operating conditions of a solar panel (SP). The degradation curves of the main electrical parameters of the SC, including Uoc, series (Rseries) and shunt resistances (Rshunt), were obtained. On the basis of the calculated degradation curves of Isc and Uoc, as well as the physical basis of the SCs operation, it is revealed that Uoc changes more significantly, while Isc practically does not change due to the small degradation of the minority carriers’ diffusion length in the emitter. The analysis of experimentally obtained I–V curves has shown that the degradation of its maximum power point (24.8%) is affected by the decrease of Rshunt and increase of Rseries. Approbation of the I–V curve model based on experimental irradiation of Si-based SCs by electrons with the energy of 1 MeV showed an inaccuracy of no more than 5.3%. Thus, when assessing the radiation resistance of SP, partial replacement of full-scale radiation tests of SCs by modeling will allow to speed up and reduce the cost of work.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.