mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2013-3-46-50mateltech-75Research ArticleЭпитаксиальные слои и многослойные композицииEPITAXIAL LAYERS AND MULTILAYERED COMPOSITIONSФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ В СИСТЕМЕ СО СПЕКТРАЛЬНЫМ РАСЩЕПЛЕНИЕМСОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИPHOTOCONVERTERS IN SOLAR SPLITTING SYSTEMКуринС. Ю.KurinS. Yu.

инженер, ООО «Галлий−Н», 194156, г. Санкт−Петербург, просп. Энгельса, д. 27, корп. 5

ДоронинВ. Д.DoroninV. D.

аспирант, Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 115409, г. Москва, Каширское ш., д. 31

doroninvdt@gmail.comАнтиповА. А.AntipovA. A.

инженер, ООО «Галлий−Н», 194156, г. Санкт−Петербург, просп. Энгельса, д. 27, корп. 5

ПапченкоБ. П.PapchenkoB. P.

научный сотрудник, Национальный исследовательский университет «ИТМО», 197101, г. Санкт−Петербург, просп. Кронверкский, д. 49

b.p.papchenko@gmail.comХелаваХ. И.HelavaH.

Ph. D., CTO, Nitride Crystals Inc., 181 E Industry Court, Suite B, Deer Park, NY 11729

ВороноваМ. И.VoronovaM. I.

научный сотрудник, ФГАОУ ВПО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», 119049, г. Москва, Ленинский просп., д. 4

mvoron@bk.ruУсиковА. С.UsikovA. S.

кандидат физ.−мат. наук, ведущий инженер−технолог, ООО «Галлий−Н», 194156, г. Санкт−Петербург, просп. Энгельса, д. 27, корп. 5

sashaus@mail.ruМакаровЮ. Н.MakarovYu. N.

кандидат физ.−мат. наук, генеральный директор, ООО «Галлий−Н», Nitride Crystals Inc., 194156, г. Санкт−Петербург, просп. Энгельса, д. 27, корп. 5

ЭйдельманК. Б.Eidel’manK. V.

аспирант, ФГАОУ ВПО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», 119049, г. Москва, Ленинский просп., д. 4.

ООО «Галлий−Н»,РоссияGaN−Crystals Ltd.Russian FederationНациональный исследовательский ядерный университет «МИФИ»РоссияNational Research NuclearRussian FederationООО «Галлий−Н»РоссияGaN−Crystals Ltd.Russian FederationНациональный исследовательский университет «ИТМО»РоссияNational Research University «ITMO»Russian FederationNitride Crystals Inc.РоссияNitride Crystals Inc.Russian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияNational University of Science and Technology «MISIS»Russian FederationООО «Галлий−Н» Nitride Crystals Inc.РоссияGaN−Crystals Ltd. Nitride Crystals Inc.Russian Federation201315032015034650Copyright © Курин С.Ю., Доронин В.Д., Антипов А.А., Папченко Б.П., Хелава Х.И., Воронова М.И., Усиков А.С., Макаров Ю.Н., Эйдельман К.Б., 20152015Курин С.Ю., Доронин В.Д., Антипов А.А., Папченко Б.П., Хелава Х.И., Воронова М.И., Усиков А.С., Макаров Ю.Н., Эйдельман К.Б.Kurin S.Y., Doronin V.D., Antipov A.A., Papchenko B.P., Helava H., Voronova M.I., Usikov A.S., Makarov Y.N., Eidel’man K.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/75

Представлены результаты моделирования фотоэлектрических преобразователей в системе со спектральным расщеплением солнечной энергии, в которой солнечное излучение разделяется с помощью дихроичных фильтров на три спектральных диапазона (∆λ1 < 500 нм, ∆λ2 = 500÷725 нм, ∆λ3 > 725 нм) и затем преобразуется в электроэнергию фотоэлектрическими преобразователями на основе однопереходных гетероструктур InGaN/GaN, GaAs/AlGaAs и монокристаллического кремния c−Si. Особое внимание уделено исследованию расширения спектрального диапазона поглощения системы за счет более эффективного преобразования ультрафиолетовой части спектра. Суммарный КПД системы на всем спектре варьируется от 21 до 37 % в зависимости от дизайна гетероструктур однопереходных фотоэлектрических пре-образователей и вариантов оптических систем.

This paper presents results on the simulation of photo converters in a spectral splitting system where solar radiation is separated into three spectral ranges (∆λ1<500 nm, ∆λ2 = 500−725 nm and ∆λ3>725 nm) by means of dichroic filters and then converted to electrical energy by photoconverters based on InGaN/GaN, GaAs/AlGaAs single−junction heterostructures and monocrystalline silicon c−Si. Special attention is paid to the absorption spectrum spreading due to more efficient conversion of the ultraviolet part of the spectrum. The total efficiency of the system varies from 21% to 37% depending on the design of heterostructures.

солнечный элементспектральное расщеплениенитрид галлияарсенид галлияфотоэлектрический преобразовательлинза Френелядихроичный фильтрsolar cellspectral splittinggallium nitridegallium arsenidephotoconverterFresnel lensdichroic filterРабота выполнена при частичной финансовой поддержке Министерства науки и образования Российской Федерации (государственныйконтракт от 16 марта 2012 г. № 12.527.12.3001)ReferencesGuter, W. W. Current−matched triple junction solar cell reaching 41,1 % conversion efficiency under contrated sunlight / W. W. Guter, J. Schone, S. P. Philipps, M. Steiner, G. Siefer, A. Wekkeli, E. Welser, E. Oliva, A. W. Bett, F. Dimroth // Appl. Phys. Lett. − 2009. − V. 94, Iss. 22. − P. 223504.Guter, W. W. Current−matched triple junction solar cell reaching 41,1 % conversion efficiency under contrated sunlight / W. W. Guter, J. Schone, S. P. Philipps, M. Steiner, G. Siefer, A. Wekkeli, E. Welser, E. Oliva, A. W. Bett, F. Dimroth // Appl. Phys. Lett. − 2009. − V. 94, Iss. 22. − P. 223504.Law, D. C. Future technology pathways of terrestrial III–V multijunction solar cells for concentrator photovoltaic systems / D. C. Law, R. R. King, H. Yoon, M. J. Archer, A. Boca, C. M. Fetzer, D. Mesropian, T. Isshiki, M. Haddad, K. M. Edmondson, D. Bhusari, J. Yen, R. A. Sherif, H. A. Atwater, N. H. Karam // Sol. Energy Mater. and Sol. Cells. − 2010. − V. 94, N 8. − P. 1314—1318.Law, D. C. Future technology pathways of terrestrial III–V multijunction solar cells for concentrator photovoltaic systems / D. C. Law, R. R. King, H. Yoon, M. J. Archer, A. Boca, C. M. Fetzer, D. Mesropian, T. Isshiki, M. Haddad, K. M. Edmondson, D. Bhusari, J. Yen, R. A. Sherif, H. A. Atwater, N. H. Karam // Sol. Energy Mater. and Sol. Cells. − 2010. − V. 94, N 8. − P. 1314—1318.Newman, F. D. Optimization of inverted metamorphic multijunction solar cells for field−deployed concentrating PV systems/ F. D. Newman, D. J. Aiken, P. M. Patel, D. R. Chumney, I. Aeby, R. W. Hoffman, P. R. Sharps // Proc. 34th IEEE Photovoltaic Specialists Conf. − Philadelphia (PA), 2009. − P. 001611.Newman, F. D. Optimization of inverted metamorphic multijunction solar cells for field−deployed concentrating PV systems/ F. D. Newman, D. J. Aiken, P. M. Patel, D. R. Chumney, I. Aeby, R. W. Hoffman, P. R. Sharps // Proc. 34th IEEE Photovoltaic Specialists Conf. − Philadelphia (PA), 2009. − P. 001611.Lantratov, V. M. Vysokoeffektivnye dvuhperehodnye GaInP/GaAs solnechnye elementy, poluchennye metodom MOS−gidridnoi epitaksii / V. M. Lantratov, N. A. Kalyuzhnyi, S. A. Mintairov, N. H. Timoshina, M. Z. Shvarc, V. M. Andreev // FTP. − 2007. − T. 41, Iss. 6. − P. 751—755.Lantratov, V. M. Vysokoeffektivnye dvuhperehodnye GaInP/GaAs solnechnye elementy, poluchennye metodom MOS−gidridnoi epitaksii / V. M. Lantratov, N. A. Kalyuzhnyi, S. A. Mintairov, N. H. Timoshina, M. Z. Shvarc, V. M. Andreev // FTP. − 2007. − T. 41, Iss. 6. − P. 751—755.Fraas, I. Demonstration of a 33 % efficient Cassegrainian solar modul / I. Fraas, J. Avery, H. Huang, L. Minkin, E. Shifman // Proc. IEEE 4th World Conf. on Photovoltaic Energy Conversion. − Hawaii, 2006.Fraas, I. Demonstration of a 33 % efficient Cassegrainian solar modul / I. Fraas, J. Avery, H. Huang, L. Minkin, E. Shifman // Proc. IEEE 4th World Conf. on Photovoltaic Energy Conversion. − Hawaii, 2006.Barnett, A. Very high efficiency solar cell modules / A. Barnett, D. Kirkpatrick, C. Honsberg, D. Moore, M. Wanlass, K. Emery, R. Schwartz, D. Carlson, S. Bowden, D. Aiken, A. Gray, S. Kurtz, L. Kazmerski, M. Steiner, J. Gray, T. Davenport, R. Buelow, L. Takacs, N. Shatz, J. Bortz, O. Jani, K. Goossen, F. Kiamilev, A. Doolittle, I. Ferguson, B. Unger, G. Schmidt, E. Christensen, D. Salzman // Progr. Photovolt.: Res. Appl. − 2009. − V. 17, N 1. − P. 75.Barnett, A. Very high efficiency solar cell modules / A. Barnett, D. Kirkpatrick, C. Honsberg, D. Moore, M. Wanlass, K. Emery, R. Schwartz, D. Carlson, S. Bowden, D. Aiken, A. Gray, S. Kurtz, L. Kazmerski, M. Steiner, J. Gray, T. Davenport, R. Buelow, L. Takacs, N. Shatz, J. Bortz, O. Jani, K. Goossen, F. Kiamilev, A. Doolittle, I. Ferguson, B. Unger, G. Schmidt, E. Christensen, D. Salzman // Progr. Photovolt.: Res. Appl. − 2009. − V. 17, N 1. − P. 75.Groβ, B. Highly efficient light splitting photovoltaic receiver / B. Groβ, G. Peharz, G. Siefer, M. Peters, J. S. Goldschmidt, M. Steiner, W. Guter, V. Klinger, B. George, F. Dimroth // Proc. 24th Europ. Photovoltaic Solar Energy Conf. − Hamburg, 2009. − P. 130.Groβ, B. Highly efficient light splitting photovoltaic receiver / B. Groβ, G. Peharz, G. Siefer, M. Peters, J. S. Goldschmidt, M. Steiner, W. Guter, V. Klinger, B. George, F. Dimroth // Proc. 24th Europ. Photovoltaic Solar Energy Conf. − Hamburg, 2009. − P. 130.Wang, X. Outdoor Measurements for High Efficiency Solar Cell Assemblies / X. Wang, N. Wait, P. Murcia, K. Emery, M. Steiner, F. Kiamilev, K. Goossen, C. Honsberg, A. Barnett // Ibid. − Hamburg, 2009. − P. 811.Wang, X. Outdoor Measurements for High Efficiency Solar Cell Assemblies / X. Wang, N. Wait, P. Murcia, K. Emery, M. Steiner, F. Kiamilev, K. Goossen, C. Honsberg, A. Barnett // Ibid. − Hamburg, 2009. − P. 811.Hvostikov, V. P. Vysokoeffektivnyi (eta = 39,6 %, AM 1.5D) kaskad fotopreobrazovatelei v sisteme so spektral’nym rasshepleniem solnechnogo izlucheniya / V. P. Hvostikov, A. S. Vlasov, S. V. Sorokina, N. S. Potapovich, N. H. Timoshina, M. Z. Shvarc, V. M. Andreev // FTP. − 2011. − T. 45, Iss. 6. − P. 810—815.Hvostikov, V. P. Vysokoeffektivnyi (eta = 39,6 %, AM 1.5D) kaskad fotopreobrazovatelei v sisteme so spektral’nym rasshepleniem solnechnogo izlucheniya / V. P. Hvostikov, A. S. Vlasov, S. V. Sorokina, N. S. Potapovich, N. H. Timoshina, M. Z. Shvarc, V. M. Andreev // FTP. − 2011. − T. 45, Iss. 6. − P. 810—815.Barnett, A. Initial test bed for very high efficiency solar cells / A. Barnett, X. Wang, N. Waite, P. Murcia, C. Honsberg, D. Kirkpatrick, D. Laubacher, F. Kiamilev, K. Goossen, M. Wanlass, M. Steiner, R. Schwartz, J. Gray, A. Gray, P. Sharps, K. Emery, L. Kaz merski // Proc. IEEE Photovoltaic Specialists Conf. − San Diego, 2008. − P. 1563.Barnett, A. Initial test bed for very high efficiency solar cells / A. Barnett, X. Wang, N. Waite, P. Murcia, C. Honsberg, D. Kirkpatrick, D. Laubacher, F. Kiamilev, K. Goossen, M. Wanlass, M. Steiner, R. Schwartz, J. Gray, A. Gray, P. Sharps, K. Emery, L. Kaz merski // Proc. IEEE Photovoltaic Specialists Conf. − San Diego, 2008. − P. 1563.Khvostikov, V. P. Single−junction solar cells for spectrum splitting PV system / V. P. Khvostikov, S. V. Sorokina, N. S. Potapovich, A. S. Vlasov, M. Z. Shvarts, N. Kh. Timoshina, V. M. Andreev // Proc. 25th Europ. Photovoltaic Solar Energy Conf. and Exhibition. − Valencia, 2010. − P. 167—171.Khvostikov, V. P. Single−junction solar cells for spectrum splitting PV system / V. P. Khvostikov, S. V. Sorokina, N. S. Potapovich, A. S. Vlasov, M. Z. Shvarts, N. Kh. Timoshina, V. M. Andreev // Proc. 25th Europ. Photovoltaic Solar Energy Conf. and Exhibition. − Valencia, 2010. − P. 167—171.Brown, G. F. Finite element simulations of compositionally graded InGaN solar cells / G. F. Brown, J. W. Ager, W. Walukiewicz, J. Wu // Sol. Energy Materials and Sol. Cells. − 2010. − V. 94, Iss. 3. − P. 478—483.Brown, G. F. Finite element simulations of compositionally graded InGaN solar cells / G. F. Brown, J. W. Ager, W. Walukiewicz, J. Wu // Sol. Energy Materials and Sol. Cells. − 2010. − V. 94, Iss. 3. − P. 478—483.Shen, X. Simulation of the InGaN-based tandem solar cells / X. Shen, S. Lin, F. Li, Y. Wei, S. Zhong, H. Wan, J. Li // Proc. SPIE 7045. Photovoltaic Cell and Module Technologies II, 70450E. − 2008.Shen, X. Simulation of the InGaN-based tandem solar cells / X. Shen, S. Lin, F. Li, Y. Wei, S. Zhong, H. Wan, J. Li // Proc. SPIE 7045. Photovoltaic Cell and Module Technologies II, 70450E. − 2008.Semiconductors on NSM // http://www.ioffe.rssi.ru/SVA/NSM/Semicond/Semiconductors on NSM // http://www.ioffe.rssi.ru/SVA/NSM/Semicond/

The authors declare that there are no conflicts of interest present.