Tasa de Generación

 Información General

  1.  La generación de un par electrón- agujero se puede calcular en cualquier ubicación dentro de la célula solar, en cualquier longitud de onda de la luz, o para todo el espectro solar estándar.
  2. Generación es la mayor en la superficie del material, donde se absorbe la mayor parte de la luz.
  3. Debido a que la luz que se utiliza en aplicaciones fotovoltaicas contiene muchas longitudes de onda diferentes, muchas diferentes tasas de generación deben tenerse en cuenta al diseñar una célula solar.

La tasa de generación da el número de electrones generados en cada punto del dispositivo debido a la absorción de fotones. La generación es un parámetro importante en el funcionamiento de la célula solar.

Despreciando la reflexión, la cantidad de luz que es absorbida por un material depende del coeficiente de absorción (α en cm-1) y del espesor del material absorbente. La intensidad de la luz en cualquier punto del dispositivo se puede calcular según la ecuación:

dónde α es el coeficiente de absorción típicamente en cm-1;
x es la distancia en el material en el que se calcula la intensidad de la luz; y
I0 es la intensidad de la luz en la superficie superior.

La ecuación anterior se puede utilizar para calcular el número de pares electrón-hueco que se genera en una célula solar. Suponiendo que la pérdida de intensidad de la luz (es decir, la absorción de fotones) provoca directamente la generación de un par electrón-hueco, entonces la generación G en una capa delgada de material se determina mediante la búsqueda de la variación de la intensidad de la luz a través de esta capa. En consecuencia, diferenciando la ecuación anterior, nos dará la generación en cualquier punto en el dispositivo. Por lo tanto:

dónde N0 =flujo de fotones en la superficie (fotones / unidad de área / seg.)
α = coeficiente de absorción; y
x = distancia en el material.

Las ecuaciones anteriores muestran que la intensidad de la luz disminuye exponencialmente a través del material y, además, que la generación es mayor en la superficie del material.

Para aplicaciones fotovoltaicas, la luz incidente se compone de una combinación de diferentes longitudes de onda, y por lo tanto la tasa de generación en cada longitud de onda es diferente. La tasa de generación en diferentes longitudes de onda en el silicio se muestra a continuación.

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Cambiando el cursor en el gráfico anterior cambia la longitud de onda de la luz entrante. El coeficiente de absorción cambiante hace que la luz sea absorbida a diferentes profundidades. La tasa de generación se ha normalizado.

Para calcular la generación de una colección de diferentes longitudes de onda, la generación neta es la suma de la generación para cada longitud de onda. La generación en función de la distancia para un espectro solar estándar (AM 1.5) que incide sobre una pieza de silicio es mostrada a continuación. La escala del eje y es logarítmica y muestra que hay una enormemente mayor generación de pares electrón-hueco cerca de la superficie frontal de la célula, mientras que en el interior de la célula solar la tasa de generación se convierte casi constante.

La tasa de generación de pares electrón-hueco en una pieza de silicio como función de la distancia en la célula. La superficie frontal de la célula está a 0 µ m, y es donde la mayoría de la luz azul de alta energía es absorbida.

 

 
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