Staebler – Wronskiho efekt - Staebler–Wronski effect

The Efekt Staebler – Wronski (SWE) označuje světlo indukované metastabilní změny ve vlastnostech hydrogenovaných amorfní křemík.

Hustota defektu hydrogenována amorfní křemík (a-Si: H) se zvyšuje s expozicí světla, což způsobuje zvýšení hodnoty rekombinační proud a snižování účinnosti převodu sluneční světlo do elektřina.

Objevil jej David L. Staebler a Christopher R. Wronski v roce 1977. Ukázali, že temný proud a fotovodivost hydrogenovaných amorfní křemík lze významně snížit dlouhodobým osvětlením intenzivním světlem. Při zahřátí vzorků na více než 150 ° C by však mohly účinek zvrátit.[1]

Vysvětlení

Některé experimentální výsledky

  • Fotovodivost a tmavá vodivost nejprve rychle klesají, než se stabilizují na nižší hodnotě.
  • Přerušení osvětlení nemá žádný vliv na následnou rychlost změny. Jakmile je vzorek znovu osvětlen, fotovodivost poklesne, jako by nedošlo k přerušení.

Navrhovaná vysvětlení

Přesná povaha a příčina Staebler – Wronského efektu stále nejsou dobře známy. Nanokrystalický křemík trpí Staebler-Wronskiho efektem méně než amorfní křemík, což naznačuje, že porucha v síti Si z amorfního křemíku hraje hlavní roli. Další vlastnosti, které by mohly hrát roli, jsou koncentrace vodíku a jeho komplexní vazebný mechanismus, stejně jako koncentrace nečistot.

Historicky nejoblíbenějším modelem byl model přepínání vodíkových vazeb.[2] Navrhuje, aby se dvojice elektron-díra vytvořená dopadajícím světlem mohla rekombinovat poblíž slabé vazby Si – Si a uvolňovat energii dostatečnou k rozbití vazby. Sousední atom H pak vytvoří novou vazbu s jedním z atomů Si a ponechá a visící pouto. Tyto visící vazby mohou zachytit páry elektron-díra, čímž se sníží proud, který může projít. Nové experimentální důkazy však tento model zpochybňují. Více nedávno, H kolizní model navrhl, že dvě prostorově oddělené rekombinační události způsobí, že emise mobilního vodíku z vazeb Si – H vytvoří dvě visící vazby, přičemž metastabilní spárovaný H stav bude vázat atomy vodíku ve vzdáleném místě.[3]

Účinky

Účinnost solárního článku z amorfního křemíku typicky klesá během prvních šesti měsíců provozu. Tento pokles může být v rozmezí od 10% do 30% v závislosti na kvalitě materiálu a konstrukci zařízení. Většina z této ztráty přichází v faktor naplnění buňky. Po tomto počátečním poklesu účinek dosáhne rovnováhy a způsobí malou další degradaci. Rovnovážná úroveň se posouvá s Provozní teplota takže výkon modulů má tendenci se v letních měsících zotavovat a v zimních měsících opět klesat.[4] Většina komerčně dostupných modulů a-Si má degradaci SWE v rozmezí 10–15% a dodavatelé obvykle specifikují účinnost na základě výkonu po stabilizaci degradace SWE. V typickém amorfní křemík solární článek je účinnost snížena až o 30% během prvních 6 měsíců v důsledku Staebler – Wronski efektu a faktor naplnění klesá z více než 0,7 na přibližně 0,6. Tato degradace indukovaná světlem je hlavní nevýhodou amorfního křemíku jako a fotovoltaické materiál.[5]

Metody redukce SWE

Reference

  1. ^ Staebler, D. L .; Wronski, C. R. (1977). "Reverzibilní změny vodivosti v amorfním Si produkovaném výbojem". Aplikovaná fyzikální písmena. 31 (4): 292. Bibcode:1977ApPhL..31..292S. doi:10.1063/1.89674. ISSN  0003-6951.
  2. ^ Kołodziej, A. (2004). „Staebler-Wronskiho efekt v amorfním křemíku a jeho slitinách“. Recenze optoelektroniky. 12 (1): 21–32. Citováno 31. října 2015.
  3. ^ Branz, Howard M. (15. února 1999). "Model srážky vodíku: Kvantitativní popis metastability v amorfním křemíku". Fyzický přehled B. Americká fyzická společnost (APS). 59 (8): 5498–5512. Bibcode:1999PhRvB..59,5498B. doi:10.1103 / fyzrevb.59.5498. ISSN  0163-1829.
  4. ^ Uchida, Y a Sakai, H. Účinky vyvolané světlem v a-Si: H filmy a solární články, Mat. Res. Soc. Symp. Proc., Sv. 70,1986
  5. ^ Nelson, Jenny (2003). Fyzika solárních článků. Imperial College Press.
  6. ^ Staebler-Wronskiho efekt v amorfním křemíku PV a postupy k omezení degradace Archivováno 6. Března 2007 v Wayback Machine „EY-1.1: 28. října 2005, Benjamin Strahm, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Center de Recherches en Physique des Plasmas (prezentace Power Point)