09 марта 2016г.
Солнечная энергетика — это один из новых видов добычи энергии, основанных на возобновляемых источниках, в частности, на энергии Солнца. Главная цель заключается в преобразовании солнечной радиации в другие технологические виды энергии, используемые человечеством для своих нужд. Этот вид энергии неисчерпаем и может рассматриваться потенциально как энергетический ресурс, способный перевернутьсовременные представления об энергообеспечении и полностью удовлетворить потребности и нужды человечества.
Ставка на солнечную энергетику должна рассматриваться не только как беспроигрышный, но в долговременной перспективе и как безальтернативный выбор для человека.
В настоящее время существует возможность преобразования солнечного излучения в электрическую энергию с помощью полупроводниковых фотоэлементов. Данные приборы представляются сегодня вполне созревшими в научном и технологическом плане для того, чтобы рассматриваться в качестве технической базы для крупномасштабной солнечной электроэнергетики будущего.Перспективным подходом в направлении решения проблемы изготовления дешевых преобразователей солнечной энергии является разработка технологии солнечных элементов на основе кремния с квантовыми точками германия[1].
Кремний в значительной степени удовлетворяет условиям „идеальных― полупроводниковых материалов. Несомненными преимуществами кремния являются его высокая распространенность в природе, нетоксичность и относительная дешевизна. Эти обстоятельства, а также широкое развертывание индустрии по производству приборов полупроводниковой электроники обусловили исключительно важную роль кремниевых фотоэлементов в становлении нарождающейся солнечной энергетики. И хотя были затрачены значительные усилия на создание различных типов тонкопленочных солнечных батарей, но и сегодня кристаллический кремний в различных модификациях продолжает составлять основную долю в мировом производстве солнечных батарей наземного применения [1].
Интерес к квантовым точкам Ge связан с рядом следующих причин: 1) успехи в разработке технологии получения достаточно однородного по размеру массива квантовых точек Ge; 2) размеры кластеров удалось уменьшить до величин, обеспечивающих проявление эффектов размерного квантования вплоть до комнатной температуры; 3) совместимость разработанных методов с существующей на настоящее время кремниевой технологией изготовления дискретных приборов и схем. Такие разработки, считавшиеся до последнего времени экзотическими, могут привести к настоящей революции в кремниевой интегральной технологии [2].
Гетероструктуры с пространственным ограничением носителей заряда во всех трех измерениях реализуют предельный случай размерного квантования в полупроводниках, когда модификация электронных свойств материала наиболее выражена. Электронный спектр идеальной квантовой точки представляет собой набор дискретных уровней, разделенных областями запрещенных состояний, и соответствует электронному спектру одиночного атома, хотя реальная квантовая точка при этом может состоять из сотен тысяч атомов. Таким образом, появляется уникальная возможность моделировать эксперименты атомов на макроскопических объектах. Кроме того, все важные для применений характеристики материала, например время излучательной рекомбинации, время энергетической релаксации между электронными подуровнями и т. д., оказываются кардинально зависящими от геометрического размера и формы квантовой точки, что позволяет использовать одну и ту же полупроводниковую систему для реализации приборов с существенно различающимися требованиями к активной среде [2].
Для исследования солнечных элементов наиболее важным с практической точки зрения является исследование вольт-амперной характеристики, т.к. на еѐ основе может быть определена эффективность преобразования энергии солнечным элементом, степень влияния паразитных сопротивлений и т.д.
В работе проведена серия измерений вольт-амперных характеристик структур с квантовыми точками германия на автоматизированной установке спектроскопии адмиттанса в условиях темноты и освещения различными источниками света. Установка позволяет за циклсканирования получить вольт-амперные характеристики (ВАХ) образцов в широких пределах температур, приложенных внешних смещений и частот тестового сигнала. Определены температурные зависимости тока короткого замыкания, напряжения холостого хода, фактора заполнения и КПД. Исследовались структуры, изготовленные в Институте физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (г.Новосибирск). Каждая структура имела вид p-i-n-диода со встроенными в i-область слоями, содержащими квантовые точки Ge.
Список литературы
1. Алферов Ж. И., Андреев В. М., Румянцев В. Д. Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики // Физика и техника полупроводников. – 2004. – Том 38, выпуск 8. – С.937 – 947.
2. Леденцов Н. Н., Устинов В. М., Щукин В. А., Копьев П. С., Алфѐров Ж. И., Бимберг Д. Гетероструктуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры // Физика и техника полупроводников. – 1998. – Том 32,№ 4. – С.385 – 410.
