ИДЕАЛЬНЫЙ И РЕАЛЬНЫЙ КПД
До сих пор мы обсуждали идеальные фотоэлектрические преобразователи безотносительно к их возможному практическому использованию и технологии изготовления. Простейший идеальный преобразователь (тот, в котором отсутствует механизм увеличения числа зарядов) прозрачен для одной части спектра и полностью непрозрачен для остального излучения. Каждый абсорбированный фотон вызывает появление одной электронно-дырочной пары, и каждая электронно-дырочная пара дрейфует к встроенном}
д,«-переходу, который разделяет эту пару на электрон и дырку. Образованные таким образом носители заряда быстро термолизуются и оказываются способными отдать нам электрическую энергию, в точности равную Wg в расчете на каждый абсорбированный фотон.
Эффективность простейших идеальных преобразователей, облучаемых монохроматическим излучением, фотоны которого имеют энергию, чуть большую Wg (Дж). близка к 100 %. В случае облучения преобразователей широкополосным излучением их эффективность зависит только от характеристик падающего излучения и ширины запрещенной зоны. Эта эффективность соответствует простой идеальной эффективности.
Как уже было сказано выше, идеальную эффективность можно увеличить следующими способами:
1) полезной утилизацией фотонов, которые обладают энспгисй, недостаточной для того, чтобы быть абсорбированными полупроводником. Примеры таких решений были приведены при описании систем спектрального разделения светового потока и термофотоэлектрического преобразования энергии;
2) утилизацией избыточной энергии, которую получают носители заряда при образовании электронно-дырочной пары. Этот случай был рассмотрен в подразделе, касающемся анализу возможностей увеличения числа зарядов.
Реальные фотоэлектрические преобразователи не могут достичь уровня эффективности идеальных преобразователей, что обусловлено следующими механизмами потерь:
1. Часть фотонов отражается от преобразователя вместо того, чтобы быть абсор
бированными им, или абсорбируются промежуточными элементами, такими как токопроводяшие электроды.
2. Если толщина материала фотоэлектрического преобразователя мала, то им абсорбируются не все фотоны с энергией выше W Материал оказывается частично прозрачным для этих фотонов.
3 Не все созданные электронно-дырочные пары имеют достаточное время жизни, чтобы преодолеть р,«-переход. Если время их жизни слишком мало или они созданы слишком далеко от р,«-перехода, то эти пары будут рекомбинировать и их энергия будет потеряна. Часть электронно-дырочных пар может двигаться в направлении поверхности устройства, где скорость рекомбинации достаточно высока, и за время жизни не достигнут р,«-перехода.
4. Носители заряда, разделенные р,«-переходом, теряют часть своей энергии из — за электрического сопротивления и на контакте с электродом.
5. Плохое сочетание мощности фотоэлектрического преобразователя и нагрузки также приводит к потерям генерируемой энергии.