Аморф кремний асосли қуёш элементларининг фотогальваник характеристикаларини ҳароратга боғланиши

1

ФИЗИКА-ТЕХНИКА ИНСТИТУТИ, ИОН-ПЛАЗМА ВА ЛАЗЕР

ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ИНСТИТУТИ, САМАРҚАНД ДАВЛАТ

УНИВЕРСИТЕТИ ҲУЗУРИДАГИ ИЛМИЙ ДАРАЖАЛАР БЕРУВЧИ

DSc.27.06.2017.ҒМ/Т.34.01 РАҚАМЛИ ИЛМИЙ КЕНГАШ

НАМАНГАН ДАВЛАТ УНИВЕРСИТЕТИ

ИСМАНОВА ОДИНАХОН ТУЛКИНБАЕВНА

АМОРФ КРЕМНИЙ АСОСЛИ ҚУЁШ ЭЛЕМЕНТЛАРИНИНГ

ФОТОГАЛЬВАНИК ХАРАКТЕРИСТИКАЛАРИНИ ҲАРОРАТГА

БОҒЛАНИШИ

01.04.10 – Яримўтказгичлар физикаси

ФИЗИКА-МАТЕМАТИКА ФАНЛАРИ БЎЙИЧА ФАЛСАФА ДОКТОРИ (PhD)

ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ

ТОШКЕНТ – 2017

2

УДК: 621.3.082.782

Физика-математика фанлари бўйича фалсафа доктори (PhD)

диссертацияси автореферати мундарижаси

Оглавление автореферата диссертации

доктора философии (PhD) по физико-математическим наукам

Contents of dissertation abstract of doctor of philosophy (PhD) on physical-

mathematical sciences

Исманова Одинахон Тулкинбаевна

Аморф кремний асосли қуѐш элементларининг фотогальваник
характеристикаларини ҳароратга боғланиши.....................................

4

Исманова Одинахон Тулкинбаевна

Зависимость фотогальванических характеристики солнечных эле-
ментов от температуры на основе аморфных полупроводников ….

19

Ismanova Odinaxon Tulkinboevna

Study warm-up dependency photo galvanic of the features solar sells
on base amorphous silicon ……………………………………………..

35

Эълон қилинган ишлар рўйхати

Список опубликованных работ
List of published works………………………………………………….

38

3

ФИЗИКА-ТЕХНИКА ИНСТИТУТИ, ИОН-ПЛАЗМА ВА ЛАЗЕР

ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ИНСТИТУТИ, САМАРҚАНД ДАВЛАТ

УНИВЕРСИТЕТИ ҲУЗУРИДАГИ ИЛМИЙ ДАРАЖАЛАР БЕРУВЧИ

DSc.27.06.2017.ҒМ/Т.34.01 РАҚАМЛИ ИЛМИЙ КЕНГАШ

НАМАНГАН ДАВЛАТ УНИВЕРСИТЕТИ

ИСМАНОВА ОДИНАХОН ТУЛКИНБАЕВНА

АМОРФ КРЕМНИЙ АСОСЛИ ҚУЁШ ЭЛЕМЕНТЛАРИНИНГ

ФОТОГАЛЬВАНИК ХАРАКТЕРИСТИКАЛАРИНИ ҲАРОРАТГА

БОҒЛАНИШИ

01.04.10 – Яримўтказгичлар физикаси

ФИЗИКА-МАТЕМАТИКА ФАНЛАРИ БЎЙИЧА ФАЛСАФА ДОКТОРИ (PhD)

ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ

ТОШКЕНТ – 2017

4

Физика-математика фанлари бўйича фалсафа доктори (PhD) диссертацияси мавзуси

Ўзбекистон Республикаси Вазирлар Маҳкамаси ҳузуридаги Олий аттестация комиссиясида
В2017.2. PhD/FM43 рақам билан рўйхатга олинган.

Диссертация Наманган давлат университетида бажарилган.

Диссертация автореферати уч тилда (ўзбек, рус, инглиз (резюме)) Илмий кенгаш веб-

саҳифасида (

www.fti-kengash.uz

) ва «Ziyonet» Ахборот таълим порталда (

www.ziyonet.uz

)

жойлаштирилган.

Илмий раҳбар:

Икрамов Рустамжон Ғуломжонович

физика-математика фанлари номзоди, доцент

Расмий оппонентлар:

Мамадалимов Абдуғофур Тишабоевич

физика-математика фанлари доктор,
академик

Имомов Эркин Зуннунович

физика-математика фанлари доктори,

профессор

Етакчи ташкилот:

Тошкент давлат техника университети

Диссертация ҳимояси Физика-техника институти, Ион плазма ва лазер технологиялари

институти, Самарқанд давлат университети ҳузуридаги DSc.27.06.2017. FM./T.34.01 рақамли
Илмий кенгашнинг 2017 йил «____» ____________ соат ____ даги мажлисида бўлиб ўтади
(Манзил: 100084, Тошкент, Бодомзор йўли кўчаси, 2б-уй. Тел./факс: (+9871) 235-42-91, email:

lutp@uzsci.net

,

Физика-техника институти мажлислар зали).

Диссертация билан Физика-техника институтининг Ахборот-ресурс марказида танишиш

мумкин. ( _____ рақам билан рўйхатга олинган.) Манзил: 100084, Тошкент, Бодомзор йўли кўчаси,
2б-уй. Физика техника институти. Тел.:(+9871) 235-30-41.

Диссертация автореферати 2017 йил «____» ______________ да тарқатилди.

(2017 йил «____» ______________ даги ____ рақамли реестр баѐнномаси).

C.Л. Лутпуллаев

Илмий даражалар берувчи Илмий

кенгаш раиси, ф.-м.ф.д., профессор

А.В. Каримов

Илмий даражалар берувчи Илмий

кенгаш илмий котиби, ф.-м.ф.д., профессор

C.А. Бахрамов

Илмий даражалар берувчи Илмий

кенгаш қошидаги илмий семинар раиси,

ф.-м.ф.д., профессор

5

Кириш (фалсафа доктори (PhD) диссертацияси аннотацияси)

Диссертация мавзусининг долзарблиги ва зарурати.

Жаҳонда ҳозир-

ги кунда

яримўтказгичлар физикаси соҳасининг интенсив равишда ривожла-

нишида аморф кремний асосидаги яримўтказгичларга катта аҳамият берил-
моқда. Аморф кремнийнинг арзонлиги ва радиация нурлари оқимига чидам-
лилиги юқори бўлгани учун унинг асосида қуѐш элементлари ҳамда металл-
диэлектрик-яримўтказгич структуралар, термоэлектрик қурилмалар яратиш
муҳим вазифалардан бири бўлиб келмоқда.

Мустақиллик йилларида мамлакатимизда яримўтказгичлар физикаси

соҳасини ривожлантириш, хусусан, аморф кремний асосида қуѐш элементи
ѐки яримўтказгичли асбоблар яратиш ҳамда уларнинг физик ҳусусиятларини
ўрганишга алоҳида эътибор қаратилди. Бу борада аморф кремний олиш тех-
нологияси, улар асосида термоэлектрик ўзгартигичлар барпо қилиш ва
улардаги физик жараѐнларни тадқиқ қилиш йўналишида сезиларли натижа-
ларга эришилмоқда. Ўзбекистон Республикасини янада ривожлантиришнинг
Ҳаракатлар стратегиясига асосан, мамлакатимизда илмий-тадқиқот ва инно-
вация фаолиятини рағбатлантириш ҳамда олинадиган инновацион илмий
натижаларни амалиѐтга жорий этиш, шу жумладан қайта тикланадиган
энергия



Қуѐшдан электр энергиясини олиш ва уларнинг тежамкорлигини

ошириш йўлларини тадқиқ қилиш муҳим аҳамиятга эга.

Бугунги кунда жаҳонда аморф кремний яримўтказгичларининг электрик

ва оптик характеристикаларини яхшилаш орқали нисбатан арзон ва ташқи
таъсирлар, хусусан, радиация нурлари оқимига чидамли яримўтказгичли ас-
боблар ва қуѐш элементларини яратиш муҳим аҳамият касб этмоқда. Бу бора-
да мақсадли илмий тадқиқотларни амалга ошириш, жумладан, гидрогени-
зацияланган аморф кремний асосли қуѐш элементлари фотогальваник харак-
теристикаларининг ҳароратга боғлиқлигини ифодаловчи тенгламалар таҳли-
ли ва уларни оптималлаштириш; a-Si:H

асосли қуѐш элементларининг сама-

рали ишлаш ҳарорат интервалини, хусусан, вольт-ампер характеристикаси
тўлдириш коэффициентининг максимал қиймати, эффектив кучланиш, эф-
фектив ток зичлиги ва эффектив қувватнинг ҳароратга боғлиқлигини аниқ-
лаш; фотогальваник характеристикаларнинг потенциал тўсиқ баландлиги ва
ѐруғлик тушгандаги вольт-ампер характеристикаси ноидеаллик коэффици-
ентига боғланишини назарий ўрганиш; назарий тадқиқотлар орқали олинган
янги тенгламалар ѐрдамида бажарилган ҳисоблашлар натижаларини тажриба
натижалари билан таққослаш долзарб вазифалардан ҳисобланади.

Ўзбекистон Республикаси Президентининг 2010 йил 15 декабрдаги ПҚ-

1442-сон «2011-2015 йилларда Ўзбекистон Республикаси саноатини ривож-
лантиришнинг устувор йўналишлари тўғрисида» ги Қарори, 2017 йил 7
февралдаги ПФ-4997-сон «2017-2021 йилларда Ўзбекистон Республикасини
ривожлантиришнинг бешта устувор йўналиши бўйича Ҳаракатлар
стратегиясини келгусида амалга ошириш чора тадбирлари тўғрисида» ги
Фармони ва 2017 йил 17 февралдаги ПҚ-2789 – сон «Фанлар академияси
фаолияти, илмий тадқиқот ишларини ташкил этиш, бошқариш ва

6

молиялаштиришни янада такомиллаштириш чора-тадбирлари тўғрисида» ги
ҳамда мазкур фаолиятга тегишли бошқа меъѐрий-ҳуқуқий ҳужжатларда
белгиланган вазифаларни амалга оширишга ушбу диссертация тадқиқоти
муайян даражада хизмат қилади.

Тадқиқотнинг республика фан ва технологиялари ривожланиши

устувор йўналишларига боғлиқлиги.

Мазкур

тадқиқот

иши Республика

фан ва технологиялари ривожланишининг II. «Физика, астрономия, энерге-
тика ва машинасозлик» устувор йўналишига мувофиқ бажарилган.

Муаммонинг ўрганилганлик даражаси.

Америка Қўшма Штатлари ва

Англия олимлари

А.Фаренбрух ва Р.Бьюблар қуѐш элементларининг фото-

гальваник характеристикаларини ҳароратга боғланиши учун аналитик кўри-
нишдаги ифодаларни олишган. Бундан ташқари, “Keysight Technologies” ком-
паниясида космик тадқиқотларда қўлланиладиган қуѐш элементларининг фо-
тогальваник характеристикаларига ҳарорат ва ѐруғлик интенсивлигининг
таъсири қуѐш имитатори ѐрдамида ўрганилган.

Ҳозирги кунда Ўзбекитонлик олимлар академик С.Ш.Рашидова бошчи-

лигида янги авлод асбоблар учун фотостимуллаштирилган гидрогенизацияли
аморф кремний устида тадқиқотлар олиб борилмоқда, М.Н.Турсунов ва
унинг ҳамкасблари фотогальваник характеристикаларни эффектив қиймат-
ларига ҳароратни таъсирини амалий томондан ўрганганлар, М.С.Саидов на-
зарий тадқиқотларни амалга оширган. Ю.М. Юабов раҳбарлигида Р.Р.
Кабулов, Ш.Н. Усмоновлар томонидан аморф кремний асосли қуѐш элемент-
ларини ҳарорат бўйича ўзгариш қонуниятларини ўрганилган.

Аммо ҳозирги вақтдаги мавжуд формулалар қуѐш элементларининг фо-

тогальваник характеристикаларини ҳароратга боғланишини тўлиқ тушунтира
олмайди. Бундан ташқари бу ифодалар орқали қисқа туташув токини ўзгари-
шини аниқлаш мумкин эмас.

Тадқиқотнинг диссертация бажарилган илмий-тадқиқот муассаса-

сининг илмий-тадқиқот ишлари режалари билан боғлиқлиги.

Диссертация тадқиқоти Наманган давлат университети илмий тадқиқот
режасининг ОТ–Ф2–002 рақамли “Поликристал, аморф ва нанокристал
кремнийли структураларда ташқи таъсирлардан (термик, оптик ва
радиацион) стимуллашган номувозанатли заряд кўчиш жараѐнлари” (2007–
2011йй.), ОТ–Ф2–28 рақамли “Легирланган кремний сирти ва ҳажмидаги
квант ўлчамли эффектлар ҳамда уларнинг

p-n

структуралардаги заряд

ташувчилар фотогенерация ва рекомбинация жараѐнларига таъсири” (2012–
2016 йй.) мавзусидаги лойиҳалари доирасида бажарилган.

Тадқиқотнинг мақсади

гидрогенизацияланган аморф кремний (a-

Si:H) асосидаги қуѐш элементларининг фотогальваник характеристикалари
ни ҳароратга боғлиқлигини назарий аниқлашдан иборат.

Тадқиқот вазифалари:

гидрогенизацияланган аморф кремний асосли қуѐш элементлари

фотогальваник характеристикаларининг ҳароратга боғлиқлигини ифодаловчи
тенгламаларни аналитик ҳисоблаш;

7

қуѐш элементини ҳарорат билан боғлиқ бўлган функционал параметр-

ларини ва самарадор ишлаш режимини аниқлаш;

фотовольтаик характеристикаларнинг потенциал тўсиқ баландлигига ва

ноидеаллик коэффициентига боғлиқлигини ўрганиш;

қуѐш элементларининг электрофизик характеристикалари шаклланиши-

нинг назарий ѐндашувини ишлаб чиқиш;

Тадқиқот объекти

гидрогенизацияланган аморф кремний асосли қуѐш

элементларидан иборат.

Тадқиқот предмети

гидрогенизацияланган аморф кремний асосидаги

қуѐш элементларининг вольт-ампер характеристикаларини шаклланиш
жараѐнлари ва уларнинг фотогальваник характеристикаларини ҳароратга
боғланишидан иборат.

Тадқиқот усуллари.

Қуѐш элементлари фотогальваник характерис-

тикаларини ҳароратга боғлиқлигини аниқлашнинг аналитик, яримэмпирик
ҳисоблаш усулларидан ва компъютер графикасидан фойдаланилган.

Тадқиқотнинг илмий янгилиги

қуйидагилардан иборат:

қисқа туташув токи зичлиги ва салт кучланишининг ҳароратга

боғлиқлиги асосида тажрибавий натижаларини тушунтирувчи яримэмпирик
тенглама келтириб чиқарилган;

салт кучланиши қуѐш элементининг ѐруғликдаги вольт-ампер

характеристикасининг сифат (ноидеаллик) коэффициентига боғлиқ эмаслиги
кўрсатилган;

қуѐш элементларининг максимал эффектив қуввати учун топилган

қиймати, Жоуль-Ленц қонунидан (

P=j

ф

U)

олинган қувватнинг максимал

қиймати билан мос тушиши аниқланган;

тўлдириш коэффициентининг ҳароратга боғланишини ифодаловчи

аналитик формула келтириб чиқарилган ва тўлдириш коэффициентини
максимал қиймати

ff

=0,93 га, минимал қиймати эса

ff

=0,25 га тенг бўлиши

кўрсатилган.

Тадқиқотнинг амалий натижалари қуйидагилардан иборат:

аморф яримўтказгич асосли қуѐш элементлари фотогальваник харак-

теристикаларининг ҳароратга боғланиш учун келтириб чиқарилган ифодалар-
ни, худди шундай қуѐш элементларининг ишчи температураларини аниқ-
лашда фойдаланиш мумкин.

Тадқиқот натижаларнинг ишончлилиги

олинган

ҳисоблаш натижа-

ларини бошқа тажриба натижаларига мос тушиши, математик статистика
усулларидан фойдаланилгани билан асосланади.

Тадқиқот натижаларининг илмий ва амалий аҳамияти.

Тадқиқотда

олинган

натижаларнинг илмий ахамияти аморф гидрогенизацияланган крем-

ний асосли қуѐш элементларининг фотогальваник характеристикаларини ҳа-
роратга боғлиқлиги ҳақидаги физик тасаввурларни кенгайтириш имконини
беради.

Тадқиқот натижаларининг амалий аҳамияти шундан иборатки, гидро-

генизацияланган кремний асосли қуѐш элементларининг фотогальваник ха-
рактеристикалари учун олинган ифодалар худди шундай қуѐш элемент-

8

ларининг фотогальваник параметрларини ҳароратга боғланишини аниқлашда
фойдаланиш имкониятини беради.

Тадқиқот

натижаларнинг

жорий

қилиниши

.

Аморф

гидрогенизацияланган кремний асосли қуѐш элементларининг фотогальваник
характеристикаларини ҳароратга боғлиқлигини назарий тадқиқ қилиш
асосида:

қисқа туташув токининг ҳароратга боғланиши қонуниятининг

яримэмпирик тенгламаси ОТ-Ф2-28 «Легирланган кремний сирти ва
ҳажмидаги квант ўлчамли эффектлар ҳамда уларнинг p-n-структуралардаги
заряд ташувчилар фотогенерация ва рекомбинация жараѐнларига таъсири»
(2007–2011 йй.) мавзусидаги илмий лойиҳада қуѐш элементи тўлдириш
коэффициентининг ҳароратга боғланишини аниқлашда ишлатилган
(Ўзбекистон Республикаси Фан ва технологиялар агентлигининг 2017 йил 14
августдаги ФТА-02-11/478-сон маълумотномаси). Илмий натижадан
фойдаланиш қуѐш элементларининг қисқа туташув токининг максимал
қийматини ҳисоблаш орқали қуѐш элементларини тайѐрлаш учун
ишлатиладиган яримўтказгичлар тақиқланган зонасининг оптимал энергетик
кенглигини аниқлаш имконини берган;

қуѐш

элементларини

тўлдириш

коэффициентининг

ҳароратга

боғланишини ифодаловчи янги аналитик ечими ОТ-Ф2-28 рақамли
«Легирланган кремний сирти ва ҳажмидаги квант ўлчамли эффектлар ҳамда
уларнинг p-n-структуралардаги заряд ташувчилар фотогенерация ва
рекомбинация жараѐнларига таъсири» (2007–2011 йй.) мавзусидаги илмий
лойиҳани бажаришда қуѐш элементларининг қисқа туташув токи ва салт
кучланиши параметрларини аниқлашда фойдаланилган (Ўзбекистон
Республикаси Фан ва технологиялар агентлигининг 2017 йил 14 августдаги
ФТА-02-11/478-сон маълумотномаси). Илмий натижалардан фойдаланиш
қуѐш элементларининг фойдали иш коэффициентини берилган ҳароратда
аниқлаш имконини берган.

Тадқиқот натижаларининг апробацияси.

Тадқиқотнинг асосий нати-

жалари 4 та халқаро ва 11 республика илмий-амалий анжуманларида маъруза
қилинди ва муҳокамадан ўтказилди.

Тадқиқот натижаларининг эълон қилиниши.

Диссертация натижа-

лари асосида 23 илмий ишлар чоп эттирилган, улардан 7 та мақола чет эл ва
республика журналларида, қолганлари халқаро ва республика миқѐсидаги
илмий-амалий анжуманлар материалларида эълон қилинган

Диссертациянинг ҳажми ва тузилиши.

Диссертация иши кириш,

тўртта боб, хулоса, фойдаланилган адабиѐтлар рўйхати ва иловалардан ибо-
рат. Диссертациянинг матни 130 бетни ташкил этган.

9

ДИССЕРТАЦИЯНИНГ АСОСИЙ МАЗМУНИ

Кириш қисмида

диссертация иши мавзусининг ва муаммосининг дол-

зарблиги асосланган, мақсад ва вазифалари акс эттирилган, олинган натижа-
ларнинг илмий янгилиги ва амалий аҳамияти кўрсатилган, ҳимоя учун тақ-
дим этиладиган мулоҳазалар келтирилган.

Диссертациянинг

«Аморф гидрогенизацияланган кремний асосли

қуѐш элементлари»

деб номланган биринчи бобида аморф кремний асосли

қуѐш элементлари фотогальваник характеристикаларининг ҳароратга боғ-
лиқлигини назарий ва амалий тадқиқ этиш натижалари бўйича адабиѐтлар
таҳлили келтирилган ва муаммонинг қўйилиши асосланган. Мавжуд маълу-
мотларнинг яримэмпирик таҳлили натижасида вазифаларнинг қўйилиши
шакллантирилган, диссертация ишининг мақсад ва вазифалари белгиланган.

«а-Si:H

дан тайѐрланган қуѐш элементларининг фотогальваник ха-

рактеристикалари ва улар орасидаги боғланишлар»

деб номланган

иккинчи бобда аморф гидрогенизацияланган кремний асосли қуѐш элемент-
ларининг асосий фотогальваник характеристикалари ва уларнинг a-Si:H хусу-
сиятлари билан боғланишлари ўрганилган. Аморф яримўтказгич асосли қуѐш
элементи қисқа туташув токи зичлигининг ҳароратга боғланиши учун
тажриба натижалари билан яхши мувофиқлашувчи формула келтириб
чиқарилган. Бу параметрнинг паст ва юқори ҳароратлардаги ўзгаришлари
тадқиқ қилинган. Қисқа туташув токи зичлиги билан қуѐш элементининг
потенциал тўсиқ баландлиги ва фотовольт-ампер характеристикасининг
сифат (ноидеаллик) коэффициенти орасидаги боғланишни аниқловчи муно-
сабатлар ўрганилган.

Қуѐш элементларининг ѐруғлик тушгандаги вольт-ампер характерис-

тикаси ва тўйи-ниш токи зичлигининг ҳароратга боғланиш формуласидан
фойдаланиб салът ишлаш кучланиши учун қуйидаги ифода олинди:









'

)

)

(

ln(

ln

'

n

E

E

N

q

j

q

kT

n

U

S

C

C

кт

cu







(1)

Бу ердаги

n’



ѐруғлик тушгандаги вольт-ампер характеристикасининг

ноидеаллик (сифат) коэффициенти,

k

– Больцман доимийси,

μ

С



ўтказув-

чанлик зонасидаги заряд ташувчиларнинг ҳаракатчанлиги,

N(E

C

)



ўтказув-

чанлик зонасидаги электрон ҳолатларнинг эффектив зичлиги,

E

S



қуѐш

элементи сиртидаги электр майдон кучланганлиги,

φ

– қуѐш элементидаги

потенциал тўсиқнинг баландлиги бўлиб, улар ҳароратга деярли боғлиқ
бўлмайди, аммо уларнинг қийматларини бевосита вольт-ампер характе-
ристикасида ўлчаш мумкин эмас, яна шунингдек,

j

кт



қисқа туташув токи

зичлиги,

U

си

– салт ишлаш кучланиши.

(1) формуладан қисқа туташув токи зичлиги ҳароратга кучсиз боғлиқ

бўладиган соҳада салт ишлаш кучланишининг ҳароратга боғланиши чизиқли
бўлиши ва бу чизиқнинг ҳароратнинг 0 қийматига экстрополяциясидан

Т≈0

да

U

си

≈

n’φ

га тенг бўлиши келиб чиқади. Тажриба натижаларидан

фойдаланиб, (0

, n’φ

) ва (

Т

0

,U

0

си

) нуқталардан ўтувчи тўғри чизиқ тенглама-

10

сини ѐзсак, қуйидаги ифодани оламиз:





'

)

'

(

0

0

n

T

T

n

U

U

си

cu







(2)

Бу ерда

U

0

си

–

хона ҳароратидаги

(

Т

0

=300 К) салт ишлаш кучланиши.

Тўйиниш токи зичлигининг ҳароратга боғланишидан

)

exp(

0

kT

q

E

N

q

j

S

C

C









(3)

Т

0

=300 К даги тўйиниш токи зичлиги

j

00

га тенг бўлади деб ҳисобланса,

















)

1

1

(

exp

0

00

0

T

T

k

q

j

j



(4)

ифода ҳосил бўлади. Қуѐш элементларининг ѐруғлик тушгандаги вольт-
ампер характеристикаси формуласида

кт

ф

j

kT

n

qU

j

j















1

)

'

exp(

0

(5)

U=U

си

бўлганда

j

ф

= 0

бўлишидан













1

)

'

exp(

0

kT

n

qU

j

j

cu

кт

(6)

тенгликни олиш мумкин. Бунга (2) ва (4) ларни қўйсак, қисқа туташув токи
зичлигининг ҳароратга боғланиши учун қуйидаги ифода олинган:















































1

))

1

(

'

(

'

exp

)

1

1

(

exp

0

0

0

0

00

T

T

n

U

kT

n

q

T

T

k

q

j

j

си

кт







(7)

Бу ифода a-Si:H асосида тайѐрланган Шоттки тўсиқли қуѐш элементи

қисқа туташув токи зичлигининг ҳароратга боғланиши тажрибасидан олин-
ган натижаларни тушунтира олмаслиги кўрсатилган.

Салт ишлаш кучланишининг ҳароратга боғланишидаги экстрополяция

шартида

Т≈

0 да

U

си

≈φ

тенглик бажарилади, деб ҳисоблаб, икки нуқтадан

ўтувчи чизиқ тенгламасидан ушбу ифодани оламиз:











0

0

)

(

T

T

U

U

си

cu

(8)

Бу ифода ѐруғлик тушгандаги вольт-ампер характеристикасини

U=U

си

га

тенг бўладиган нуқтасида

n’

=1 шарт бажариладиган ҳол учун (2) формула

билан бир хил маънога эга. (8) дан фойдаланиб қисқа туташув токи зич-
лигининг ҳароратга боғланиши ҳисобланганда, қуйидаги ифода олинган:















































1

)

1

(

'

exp

)

1

1

(

exp

0

0

0

0

00

T

T

U

kT

n

q

T

T

k

q

j

j

си

кт







(9)

Ёруғлик тушгандаги вольт-ампер характеристикасининг сифат коэф-

фициенти 1≤

n’

≤1,1 оралиқдаги турли қийматлари учун олинган ҳисоблаш

натижалари потенциал тўсиқ баландлигининг салт ишлаш кучланиши
экстрополяциясидан аниқланадиган

φ

=0,97 В қийматида паст ҳароратлардаги

тажриба натижаларини тушунтира олмаслиги кўрсатилган. Ҳисоблашлардан

11

бу боғланиш ѐруғлик тушгандаги вольт-ампер характеристикасининг сифат
коэффициентига жуда кучли боғлиқ бўлиши ва

n’>

1,01 бўлганда, (9)

формуладан ҳисобланган қисқа туташув токи зичлиги тажриба натижаларига
умуман мос келмаслиги кўрсатилган.

1-расм

.

a-Si:H асосли ҚЭ ини қисқа

туташув токи зичлигини темпера-

турага боғланишини

n’

=1,006 ва



=1,16 В қийматлар учун (9) фор-

муладан олинган ҳисоблаш нати-

жалар

Паст ҳароратларда қисқа туташув
токи зичлигининг

j

кт

=0 қийматга эга

бўладиган ҳарорати қуѐш элементи
потенциал тўсиқ баландлигининг ор-
тиб бориши билан ортиши кўрсатил-
ган. Шуни ҳисобга олиб, тажриба на-
тижаларини (9) формула ѐрдамида
тўла тушунтириш учун ҳисоблашлар
бажарилган ва

n’

=1,006 ва



=1,16 В

бўлганда (9) формула ва тажриба
натижалари бир-бирига мос келиши
кўрсатилган (1-расм). Кейинги ҳисоб-
лашлар натижасида қуѐш элемент-
лари қисқа туташув токи зичлиги-
нинг қийматлари кучли ўзгаришга
учрамайдиган ҳарорат интервали
потенциал тўсиқ баландлигига боғ-
лиқ бўлиши кўрсатилган. Потенциал
тўсиқнинг баландлиги кичиклашиб
борганда қисқа туташув токи зичли-

гининг қийматлари кучли ўзгаришга учрамайдиган ҳарорат интервали ортиб
борар экан.

Юқори ҳароратларда эса (

T

>360 K) қисқа туташув токи зичлиги

яримўтказгичларининг фотоўтказувчанлигининг ҳарорат сўнишига ўхшаш
камайиши кузатилар экан.

1-жадвалда потенциал тўсиқ баландликларига мос келувчи (9) формула-

дан ҳисобланган критик ҳароратлар келтирилган. Унда

T

1

– қисқа туташув

токи зичлиги нолга тенг бўладиган (

j

қт

=0) паст,

T

– қисқа туташув токи

зичлиги максимал қийматга (

j

қт

=

j

макс.

) эга бўладиган ва

T

2

– эса қисқа туташув

токи зичлиги нолга (

j

қт

=0) тенг бўладиган юқори ҳароратни ифодалайди.

Маълумки, идеал қуѐш элементиларининг потенциал тўсиғи баландлиги

таъқиқ зонанинг (ҳаракатчанлик тирқиши) кенглиги билан қуйидагича аниқ-
ланади:

q

E

g





(10)

Бу натижалар паст ва юқори ҳароратларда ишлайдиган қуѐш элемент-

ларини таъқиқ зонасининг энергетик кенглиги кичик бўлган яримўтказгичлар
асосида тайѐрлаш кераклигини кўрсатади.

12

1-жадвал

Яримўтказгич асосли қуѐш элементиларида таъқиқланган зона

энергетик кенглигини ҳароратга боғлиқлиги

№

E

g

, эВ

I

кт

=0

бўладиган

T

min

, K

I

кт

= I

тax

бўладиган

T

, K

I

кт

= 0

бўладиган

T

max

, K

1

0,45

69

425

621

2

0,97

97

367

441

3

1,16

109

354

410

4

1,5

128

340

379

Таъкидлаб ўтамизки, бу ишда олинган натижалар кристалл яримўт-

казгич асосли қуѐш элементлари учун ҳам ўринли бўлади.

Диссертациянинг

«Қуѐш элементлари фотоэлектрик параметр-

ларини эффектив қийматлари»

деб номланган учинчи бобида қуѐш

элементлари фотогальваник характеристикаларининг эффектив қийматлари
ва ҳарорат орасидаги боғланишлар ўрганилган. Қуѐш элементлари эффектив
токи зичлигининг ҳароратга боғланишини аниқловчи ифода яримэмпирик
усулда келтириб чиқарилган ва эффектив токи зичлигига ҳароратнинг таъси-
ри тадқиқ қилинган.

AlGaAs-GaAs

асосли қуѐш элементлари эффектив токи зичлиги

T

=110 K

дан паст ва

T

=540 K дан юқори ҳароратларда ишламаслиги аниқланган.

Маълумки, қуѐш элементи эффектив қуввати қуѐш элементидан чиқа-

диган кучланиш ва ток кучининг эффектив қийматлари билан қуйидагича
аниқланади:

P

эф

=j

эф

U

эф

.

(11)

Кўриниб турибдики, қуѐш элементининг эффектив қуввати зичлигини

аниқлайдиган формулани келтириб чиқариш учун,

j

эф



эффектив ток кучи

ва

U

эф



эффектив кучланиш ифодаларини аниқлаш керак.

Бу параметрларни қуѐш элементининг тажрибалардан аниқланган ѐруғ-

лик тушгандаги вольт-ампер характеристикасидаги эффектив қувватга мос
келувчи нуқтани аниқлаш усулидан фойдаланиб қуѐш элементи эффектив
кучланиши учун (

эф

U

) қуйидаги ифода олинган:

сu

кт

эф

qU

kT

n

j

j

q

kT

n

U

'

ln

'

0



(12)

Кучланиш қуѐш элементи ѐруғлик тушгандаги вольт-ампер характерис-

тикасидаги эффектив кучланишга тенг бўлганда, фототок зичлиги қуѐш эле-
менти эффектив ток зичлигига тенг бўлишидан қуйидаги ифода келиб чи-
қади:

кт

эф

эф

j

kT

n

qU

j

j

































1

'

exp

0

(13)

13

Бу ифодадаги

U

эф

нинг ўрнига (12) ифодани қўйиб, эффектив ток кучи

зичлиги учун қуйидаги ифода олинган:



















кт

cu

кт

эф

j

j

qU

kT

n

j

j

0

1

'

(14)

(12) ва (14) дан эффектив қувватни аниқласак, қуйидаги ифода ҳосил бў-

лади:

си

кт

кт

си

кт

эф

эф

эф

qU

kT

n

j

j

q

kT

n

j

j

qU

kT

n

j

U

j

P

'

ln

'

1

'

0

0





















.

(15)

Қисқа туташув (

j

қт

) ва тўйиниш токи зичликларининг (

j

0

)

ишораси ман-

фий бўлишини ҳисобга олсак, (15) формула қуйидаги кўринишга келади:

си

кт

си

кт

кт

эф

qU

kT

n

j

j

qU

kT

n

j

j

q

kTj

n

P

'

ln

'

1

'

0

0



















.

(16)

Маълумки, қуѐш элементининг

j

0

– тўйиниш ва

j

кт

– қисқа туташув токи

зичиклари,

U

си

–салт ишлаш кучланиши ҳам ҳароратга боғлиқ бўлади. Бу

1- Fischer-Colbrie

1

тажрибалари ва 2-

ҳисоблаш натижалари (

n

=2,5;

φ

0

=1,42 В ва

γ=2

*

10

-4

В/К )

2-расм.

AlGaAs-GaAs асосли

ҚЭ

ларини эффетив токини темпера-

турага боғланиши

боғланишлар юқорида келтирил-
ган. Маълумки

φ

–қуѐш элементи

потенциал тўсиғи баландлигининг
ҳароратга боғланиши яримўтказ-
гичлар таъқиқ зонасининг ҳаро-
ратга боғланиши билан бир хил
бўлиб, уни жуда паст бўлмаган
ҳароратлар

учун

қуйидаги

кўринишда ѐзиш мумкин:

T











0

(17)

Бу

ерда

φ

0

–

қуѐш

элементининг

T

=0 К

ҳароратдаги

потенциал

тўсиғи

баландлиги

бўлиб, (15) формуладан кўриш
мумкинки, унинг қийматини, салт
ишлаш кучланишининг ҳароратга
боғланиши (

U

си

(T)

) ни

T=

0

К га

экстрополяция

қилиб

аниқлаш

мумкин.

γ

-потенциал тўсиқ баланд-

лигининг ҳарорат коэффициенти бўлиб, унинг қиймати 10

-3

–10

-5

В/К

оралиқда ѐтади. (17) ни (14) – (16) ларга қўйилса, бу фотогальваник
характеристикаларда ўзгарувчи сифатида фақат ҳарорат қолади.

Уларни (12) қўйиб эффектив кучланиш, (14) га қўйиб эффектив ток зич-

лиги, (16) га қўйиб эффектив қувват зичлигининг ҳароратга боғланишини

1

Fischer-Colbrie E., Wichner R. and Charlson (1976). Proc. 12 th Photovoltaik Spe cialists Conf. P. 40.

14

аниқловчи ифодалар олинган.

Эффектив кучланишнинг ҳароратга боғланиши учун олинган ҳисоблаш

натижалари ва тажрибадан олинган натижалар бир-бирига мослигининг нис-
бий хатолиги тажрибаларда йўл қўйиладиган хатоликдан (8 %) катта бўлмас-
лиги аниқланган.

2-расмда эффектив ток кучи зичлигини ҳароратга боғланиши учун (14)

ифодадан олинган ҳисоблаш (1-эгри чизиқ) ва шу боғланиш учун тажрибадан
олинган (2-эгри чизиқ) натижалар келтирилган. 2-расмдан, ҳисоблаш
натижалари нафақат тажриба натижаларини тушунтира олиши балки бу
натижаларни тўлдиришини кўриш мумкин. Қуѐш элементининг эффектив
ток кучи зичлигини ҳароратга боғланиши учун (14) ифодадан олинган ҳисоб-
лашлар ва тажрибадан олинган
натижаларни солиштириш асосида
фотовольт-ампер характеристиканинг
ноидеаллик (сифат) коэффициенти
ҳароратга деярли боғлиқ бўлмаслиги
аниқланди. (16) дан фойдаланиб то-
пилган қуѐш элементи эффектив қув-
вати зичлигининг ҳароратга боғлани-
ши учун бажарилган ҳисоблашлар-
нинг натижалари 3-расмда келтирил-
ган (1-эгри чизиқ). Солиштириб
кўриш учун шу расмда қуѐш эле-
менти эффектив қуввати зичлигининг
ҳароратга боғланиши учун тажриба-
дан олинган натижалар ҳам келти-
рилган (2-эгри чизиқ). Расмдан кўри-
надики, ҳисоблаш ва тажриба нати-
жалари бир-бирига мос келади.

1- Fischer-Colbrie

2

тажрибалари натижаси

асосида; 2- ҳисоблаш натижалари

3-расм

.

Кристалл кремний асосли

ҚЭ ларининг эффектив қуввати-

нинг температурага боғланиши

Барча ҳисоблашларни қуѐш элементи потенциал тўсиғининг ҳарорат
коэффициенти учун γ=5*10

-4

В/К қиймат олинди.

(16) формулани хисоблашдан олинган натижаларни қуѐш элементидан

чиқадиган кучланиш ва ток кучининг қийматлари билан солиштириш орқали
максимал қувват аниқланди.

Маълумки, қуѐш элементидаги электр токининг қувват зичлиги Жоуль-

Ленц қонунига кўра қуйидаги формула билан ҳисобланади:

U

j

P

ф



(18)

(11) формулани тўғри эканлигини фототок зичлиги ва кучланишнинг

эффектив қийматларини кўпайтмаси (18) ифодани ҳисоблашлардан олина-
диган қувват зичлигини максимум қийматига мос келишидан кўриш мумкин.

2

Fischer-Colbrie E., Wichner R. and Charlson (1976). Proc. 12 th Photovoltaik Spe cialists Conf. P. 40.

15

Ҳисоблашлар

j

эф

ва

U

эф

ларнинг қийматлари уларни (18) ифодадан ҳисоб-

ланган максимумни қийматлари билан айнан мос тушишини кўрсатди.

Тажриба ва ҳисоблаш натижалари солиштирилиб, қуѐш элементлари-

нинг салт ишлаш кучланиши уларнинг ѐруғлик тушгандаги вольт-ампер
характеристикаси (ВАХ) ни сифат коэффициентига боғлиқ бўлмаслиги аниқ-
ланди.

Диссертациянинг

«Қуѐш элементларининг тўлдириш коэффициен-

ти»

деб номланган тўртинчи бобида

қуѐш элементилари ѐруғлик тушгандаги

ВАХ сини тўлдириш коэффициенти тадқиқ қилинган.

Маълумки, қуѐш элементининг

ff

– қуѐш элементи ѐруғлик тушгандаги

вольт-ампер характеристикаси тўлдириш коэффициенти қуйидаги ифодадан
аниқланади:

си

кт

эф

эф

эф

U

j

U

j

P

P

ff





max

(19)

Қисқа туташув токи зичлиги ва салт ишлаш кучланишларининг эффек-

тив қийматларини (19) га қўйиш орқали, тўлдириш коэффициентининг ҳаро-
ратга боғланиши учун қуйидаги ифода олинди:

си

кт

си

кт

cu

qU

kT

n

j

j

qU

kT

n

j

j

qU

kT

n

ff

'

ln

'

1

'

0

0



















(20)

Юқорида келтирилган қуѐш элементи фотовольт-ампер характеристика-

сидан келиб чиқадиган ифодадан

1

'

exp

0

















kT

n

qU

j

j

си

кт

(21)

(20) да алмаштиришларни бажариб, қуѐш элементи тўлдириш коэф-

фициенти учун қуйидаги ифодаларни олиш мумкин:



























































1

'

exp

'

ln

'

1

)

exp(

1

1

'

kT

n

qU

qU

kT

n

qU

kT

n

nkT

qU

qU

kT

n

ff

cu

си

си

cu

cu

(22)

ва





)

1

/

ln(

)

1

/

ln(ln(

)

/

ln(

)

1

/

ln(

1

1

0

0

0

0

0



























j

j

j

j

j

j

j

j

j

j

ff

кт

кт

кт

кт

кт

(23)

Агар яримўтказгич асосли қуѐш элементи учун

1

0



j

j

кт

ѐки

1

'

exp















kT

n

qU

си

шартлар бажарилишини ҳисобга олсак, (22) ва (23) лардан мос

равишда

























 



cu

cu

cu

qU

kT

n

qU

kT

n

kT

n

qU

ff

'

ln

'

1

'

1

(24)

ва































)

/

ln(

)

/

ln(ln(

1

)

/

ln(

1

1

0

0

0

j

j

j

j

j

j

ff

кт

кт

кт

(25)

16

кўринишлар юзага келади. Идеал қуѐш элементлари ѐруғлик тушгандаги
вольт-ампер характеристикасини тўлдириш коэффициенти учун (25)
кўринишдаги ифодаси

адабиѐтларда

3

келтирилган.

4-расм.

Аморф яримўтказгич асосли

ҚЭларининг ѐруғлик тушгандаги

ВАХи тўлдириш коэффициентининг

n’kT/qU

си

катталикка боғланиши

(24) ва (25) ифодалар эквивалент
бўлганлиги учун (24) ифодадан
ҳам қуѐш элементлари ѐруғлик
тушгандаги вольт-ампер харак-
теристикасининг тўлдириш коэф-
фициентини ҳисоблашда фойда-
ланиш мумкин. Демак, бу форму-
лалардан фойдаланиб, қуѐш эле-
менти тўлдириш коэффициен-
тининг салт ишлаш кучланиши,
ѐруғлик тушгандаги вольт-ампер
характеристикаси (

n’)

ноидеал-

лик коэффициенти ва ҳароратга
боғланишини тадқиқ қилиш мум-
кин экан. 4-расмда

қуѐш элемент-

лари ѐруғлик тушгандаги вольт-
ампер характеристикасининг тўл-

дириш коэффициенти

n’kT/qU

си

га боғланиши учун (24) дан олинган

ҳисоблаш натижалари келтирилган. Расмдан кўринадики,

n’kT/qU

си

<1

бўладиган қийматлар учун

ff

=0,25=

const

бўлиб,

qU

си

/n’kT

катталик қиймати

0,85га яқинлашганда

ff

=0,93га тенг бўлган максимумга эга бўлар экан. Бу

қийматлардан фойдаланиб, идеал қуѐш элементи учун

n’

=1,

Т

0

=300

К

бўлганда, қуѐш элементининг ѐруғлик тушгандаги вольт-ампер характерис-
тикаси тўлдириш коэффициенти максимал бўладиган салт ишлаш
кучланишининг қиймати ҳисобланганда

U

си

=2,23 В катталик олинди.

Биринчи бобда термодинамика қонунларидан фойдаланиб келтириб
чиқарилган максимал салт ишлаш кучланиши ифодаси қуйидаги кўринишда
бўлиши кўрсатилган:

















r

c

g

cu

T

T

q

E

U

1

(26)

бу ерда

Т

r



нурловчи жисм (қуѐш) ҳарорати,

Т

c



қуѐш элементининг ишлаш

ҳарорати.

Қуѐш элементи тайѐрланган яримўтказгичнинг таъқиқ зонаси кенглиги

Т

0

=6000

K

ва

T

=300

K

лар учун ҳисобланганда,

E

g

=2,3 эВ қиймат олинди. Бу

катталикни қуѐш элементи ѐруғлик тушгандаги вольт-ампер характерис-
тикасиининг тўлдириш коэффициенти максимал бўладиган тақиқ зонаси
кенглигининг оптимал қиймати сифатида қараш мумкин.

Қуѐш элементиининг ѐруғлик тушгандаги вольт-ампер характерис-

3

Ghosh A.K., Fishman C., and Teng T. (1980) Journal Appl. Phys. 51, 446.

17

тикаси тўлдириш коэффициентининг

j

кт

/

j

0

катталикка боғланиши учун

ҳисоблашлардан олинган натижалар ундан

j

кт



j

0

шарт бажарилганда,

ff

=0,25

бўлиши,

j

кт

/

j

0

>>1 шарт бажарилганда эса бу боғланиш

ff

=0,93га тенг

бўладиган тўйинишга эга бўлишини кўрсатди. Олдинги бобда қуѐш
элементлари ѐруғлик тушгандаги вольт-ампер характеристикасининг
тўлдириш коэффициенти учун тенг кучли бўлган (20), (24) ва (25) ифодалар
олинган эди.

1-

Arora, Mathur

4

тажрибаси ; 2- (3)-

формуладан олинган ҳисоблаш

натижалари

5-расм.

ҚЭлари ѐруғлик

тушгандаги ВАХи тўлдириш

коэффициентининг

температурага

боғланиши

(22) ва (23) лардан қуѐш элементи
ѐруғлик

тушгандаги

вольт-ампер

характеристикаси тўлдириш коэффи-
циентига

ҳароратнинг

таъсирини

аниқловчи

муносабатларни

олиш

мумкинлиги кўриниб турибди. Бу
ифодалардан ѐруғлик тушгандаги
вольт-ампер характеристикаси тўлди-
риш коэффициентининг ҳароратга
боғланишини ўрганиш учун бажарил-
ган ҳисоблашлар натижалари улар-
нинг тенг кучли эканлигини кўрсатди.
5-расмда кристалл Si асосли қуѐш
элементи ѐруғлик тушгандаги вольт-
ампер характеристикаси тўлдириш
коэффициентининг ҳароратга боғ-
ланишини кўрсатувчи тажриба ва (22)
ифодадан олинган ҳисоблаш натижа-

лари келтирилган. Ҳисоблаш натижалари

φ

0

=1,22 В,

γ

=2

*

10

-4

В/К ва

n’

=1,002

бўлганда тажрибага мос келиши (

Б

соҳа) аниқланди. Расмдан (20) ифода қуѐш

элементи ѐруғлик тушгандаги вольт-ампер характеристикаси тўлдириш
коэффициентининг

ҳароратга

боғланиши-ни

кўрсатувчи

тажриба

натижаларини тўла тушунтириши ва уни тўлдириши (

А

ва

В

соҳалар)

кўриниб турибди. Бундан ташқари ҳисоблашлар кристалл Si асосли қуѐш
элементи ѐруғлик тушгандаги вольт-ампер характеристикасининг тўлдириш
коэффициенти

T

=115 K да максимумга (

ff

=0,88) эга бўлишини ва

T

<112 K ва

T

>550 K ҳароратларда нолга тенг бўлишини кўрсатди.

Қуѐш элементи ѐруғлик вольт-ампер характеристикаси тўлдириш коэф-

фициентини ҳисоблаш усули орқали қуйидагилар аниқланди:

қуѐш элементларининг салт ишлаш кучланиши уларнинг ѐруғлик

тушгандаги вольт-ампер характеристикасининг сифат (ноидеаллик)
коэффициентига боғлиқ бўлмаслиги;

қуѐш элементи ѐруғлик тушгандаги вольт-ампер характеристикасини

тўлдириш коэффициенти учун янги формула тажриба натижаларини тўлиқ
тушунтириши ва тўлдириши;

кристалл кремний асосли қуѐш элементи ѐруғлик тушгандаги вольт-

4

Arora J.D., and Mathur P. C. (1981) Journal Appl. Physic. 52, 3646

18

ампер характеристикасининг тўлдириш коэффициенти

T

=115 K да макси-

мумга (

ff

=0,88) эга бўлишини ва

T

<112 K ва

T

>550 K ҳароратларда нолга тенг

бўлиши;

қуѐш элементи ѐруғлик тушгандаги вольт-ампер характеристикасини

тўлдириш коэффициентини хароратга боғланиши учун олинган формула
тажриба натижаларини тўлиқ тушунтириши;

қуѐш элементи ѐруғлик тушгандаги вольт-ампер характеристикасини

сифат коэффициенти ва потенциал тўсиқ баландлиги ҳароратга боғлиқ
бўлмаслиги ѐки бу боғланиш жуда кучсиз бўлиши.

ХУЛОСА

Аморф кремний асосли қуѐш элементлари фотогальваник характерис-

тикаларининг ҳароратга боғланишини тадқиқ қилиш натижалари асосида
қуйидаги хулосалар қилинди:

1. Қуѐш элементларининг салт ишлаш кучланиши ва кучланишнинг

эффектив

қиймати

уларнинг

ѐруғлик

тушгандаги

вольт-ампер

характеристикасининг ноидеаллик коэффициентига боғлиқ эмаслиги
ўрнатилган.

2. Гидрогенизацияланган аморф кремний асосли қуѐш элементларини

қисқа туташув токи зичлигини ҳароратга боғланишини тажрибавий натижа-
лари 60÷610К ҳарорат оралигида янги олинган яримэмпирик формула
ѐрдамида ҳисоб-китоб қилинган ва назария билан тажрибанинг бир бирига
мослиги тасдиқланган.

3. Қуѐш элементларининг қисқа туташув токи зичлигини ҳароратга боғ-

лиқлигини ифодаловчи формулалар ѐрдамида қуѐш элементлари ишлайдиган
ҳарорат интервали ва улар тайѐрланадиган яримўтказгичларнинг тақиқлан-
ган зонаси кенглиги орасидаги боғланишлар аниқланган.

4. Қуѐш элементларининг қисқа туташув токи зичлиги

T=

360 К дан

юқори ҳароратларда яримўтказгичларни фотоўтказувчанлигини сўниш қону-
нияти бўйича пасайиши аниқланган.

5. Қуѐш элементининг эффектив ток, эффектив кучланиш ва эффектив

қуввати зичликларини ҳароратга боғланишини тасдиқловчи янги ифодалар
келтириб чиқарилган.

6. Қуѐш элементи ѐруғлик тушгандаги вольт-ампер характеристикасини

тўлдириш коэффициенти учун келтириб чиқарилган янги аналитик ифода
орқали, ѐруғлик тушгандаги вольт-ампер характеристикани тўлдириш
коэффициентининг қиймати

ff

=0,93 да максимумга эга бўлиши кўрсатилган.

7. Қуѐш элементи учун яримўтказгични тақиқ зона кенглиги

E

g

=2,3 эВ га

тенг бўлганда, ѐруғлик тушгандаги вольт-ампер характеристикасини
тўлдириш коэффициенти максимум қийматга эришиши кўрсатилган.

19

НАУЧНЫЙ СОВЕТ 27.06.2017. FM./T.34.01 ПО ПРИСУЖДЕНИЮ

УЧЕНЫХ СТЕПЕНЕЙ ПРИ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОМ ИНСТИТУТЕ,

ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ И ЛАЗЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И

САМАРКАНДСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ УНИВЕРСИТЕТЕ

НАМАНГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИСМАНОВА ОДИНАХОН ТУЛКИНБАЕВНА

ЗАВИСИМОСТЬ ФОТОГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ СОЛЬНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ

АМОРФНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

01.04.10 – Физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ ДОКТОРА ФИЛОСОФИИ (PhD)

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ НАУК

ТАШКЕНТ-2017

20

Тема диссертации доктора философии (PhD) по физико-математическим наукам
зарегистрирована в Высшей аттестационной комиссии при Кабинете Министров
Республики Узбекистан за № В2017.2.PhD/FM43

Диссертация выполнена в Наманганском государственном университете.
Автореферат диссертации на двух языках (узбекский, русский, английский (резюме))

размещен на веб-странице по адресу fti-kengash

.uz

и на Информационно-образовательном

портале «ZiyoNet» по адресу

www.ziyonet.uz

.

Научный руководитель:

Икрамов Рустамжан Гулямжанович

,

кандидат

физико-математических наук,

доцент

Официальные оппоненты

:

Мамадалимов Абдуғофур Тешабоевич,

доктор физико-математических наук, академик

Имомов Эркин Зуннунович,

доктор физико-математических наук, профессор

Ведущая организация

:

Ташкентский государственный технический
университет

Защита диссертации состоится «__» _________ 2017 года в ____ часов на заседании

Научного совета 27.06.2017. FM./T.34.01 при Физико-техническом институте, Ионно-
плазменных и лазерных технологий и Самаркандском государственном университете.
(Адрес: 100084, г. Ташкент, ул. Бодомзор йули, дом 2б. Административное здание
Физико-технического института, зал конференций. Тел./Факс: (99871) 235-30-41; e-mail:
lutp@uzsci.net.

С диссертацией можно ознакомиться в Информационно-ресурсном центре Физико-

технического института (зарегистрирована за № ___). Адрес: 100084, г. Ташкент, ул.
Бодомзор йули, дом 2б. Административное здание Физико-технического института, зал
конференций. Тел./Факс: (99871) 235-30-41.

Автореферат диссертации разослан «__» _________ 2017 г.
(протокол рассылки №______ от «__» _________ 2017 г.)

С.Л. Лутпуллаев

Председатель научного совета по присуждению

ученых степеней, д.ф.-м.н., профессор

А.В. Каримов

Ученый секретарь научного совета по

присуждению ученых степеней, д.ф.-м.н., профессор

С.А. Бахрамов

Председатель научного семинара при научном

совете по присуждению ученых степеней,

д.ф.-м.н., профессор

21

Введение (аннотация диссертации доктора философии (PhD))

Актуальность работы.

В настоящее время в мире в бурно развиваю-

щемся направлении физики полупроводников большое внимание уделяется
аморфным полупроводникам. В этом аспекте из-за дешевизны аморфного
кремния и устойчивости к радиационному излучению разработка на его
основе солнечных элементов, структур металл-диэлектрик-полупроводник,
термоэлектрических устройств является одной из важных задач.

В нашей республике в годы независимости уделяется особое внимание

развитию физики полупроводников, в частности, созданию на основе аморф-
ного кремния солнечных элементов и полупроводниковых приборов, а также
исследованию их физических свойств. В этом плане по технологии
получения аморфного кремния, созданию на их основе термоэлектрических
преобразователей и в исследовании физических процессов протекающих в
них достигнуты существенные результаты. На основе Стратегии действий
дальнейшего развития Республики Узбекистан содействие научно-исследо-
вательской и инновационной деятельности и реализация получаемых инно-
вационных научных достижений в нашей стране, в этом аспекте в области
преобразования Солнечной энергии в электрическую и повышению их
экономичности имеют важное значение.

В мире на сегодня создание относительно дешѐвых и устойчивых к

внешним воздействиям, в частности, радиационно-стойких полупровод-
никовых приборов и солнечных элементов, с улучшенными электрическими
и оптическими характеристиками имеет важное значение. В этом аспекте
одной из важнейших задач является реализация целевых исследований, в
частности, научных изысканий по следующим направлениям: расчетно-
аналитическое исследование температурной зависимости фотогальваничес-
ких характеристик солнечных элементов на основе аморфного гидрогени-
зированного кремния; установление эффективного режима работы и функци-
ональных параметров во взаимосвязи с температурой; изучение зависимости
фотовольтаических характеристик от высоты потенциального барьера и
коэффициента неидеальности; разработка теоретических подходов для
анализа электрофизических характеристик солнечных элементов. Научно–
исследовательские работы, проводимые в выше приведенных направлениях,
указывают на актуальность темы данной диссертации.

Данное диссертационное исследование в определенной степени служит

выполнению задач, предусмотренных в Постановлении Президента
Республики Узбекистан №-ПП–1442 «О приоритетных направлениях разви-
тия индустрии Республики Узбекистан на 2011-2015 гг.» от 15 декабря 2015
года, №-УП-4947 «О мерах по дальнейшей реализации Стратегии действий
по пяти приоритетным направлениям развития Республики Узбекистан в
2017-2021 годах» от 7 февраля 2017 года и №-ПП-2789 «О мерах по
дальнейшему совершенствованию деятельности Академии наук, организа-
ций, управления и финансирования научно-исследовательской деятельности»

22

от 17 февраля 2017 года, а также в других нормативно-правовых документах,
принятых в данной сфере.

Соответствие исследования с приоритетами развития науки и

техники

. Диссертационная работа выполнена в соответствии с приори-

тетными направления развития науки и техники II. «Физика, астрономия,
энергетика и машиностроения».

Степень изученности проблемы.

Учеными из США и Англии, такими

как А. Фаренбрух и Р. Бьюб получены аналитические формулы фотогальва-
нических зависимостей от температуры, а в компании Keysight Technologies с
помощью имитатора солнца получены зависимости от температуры и
интенсивности света фотогальванических характеристик солнечных
элементов применяемых в космических исследованиях.

На сегодня учеными из Узбекистана академиком С.Ш Рашидовой

ведутся исследования фотостимулированного гидрогенизированного

аморф-

ного кремния для создания нового поколения приборных структур

,

М.Н.Турсуновым с сотрудниками экспериментально изучены зависимости
эффективного значения фотогальванических характеристик от температуры,
а М.С. Саидовым проведены теоретические интерпретации. В работах Р.Р.
Кабулова и Ш.Н. Усмонова под рукаводства Ю.М. Юабова изучены
изменения фотоэлектрических параметров на основе аморфного кремния в
зависимости от температуры.

Однако известные к настоящему времени теоретические формулы не

полностью объясняют температурную зависимость фотогальванических
характеристик. Кроме того, с помощью этих выражений невозможно опре-
делить изменения плотности тока короткого замыкания.

Связь диссертационной работы с тематическими планами научно-

исследовательских работ научно-исследовательского учреждения, где
вқполнена диссертация.

Диссертационная работа выполнена при

Наманганском государственном университете в рамках проекта Государст-
венного гранта фундаментальных исследований на тему ОТ-Ф2-002
«Стимулированные внешним воздействием (термическим, оптическим и
радиационным) процессы переноса неравновесных носителей заряда в
поликристаллических, аморфных и нанокристаллических кремниевых
структурах», (2007-2011) годы. ОТ-Ф2-28 «Квант размерные эффекты на
поверхности и в объеме легированного кремния, и их воздействие на
фотогенерационных и рекомбинационных процессов носителей заряда в

p-n

структурах».

Целью исследования

является теоретическое исследование температур-

ной зависимости фотогальванических характеристик солнечных элементов
приготовленных на основе аморфного гидрогенизированного кремния (a-
Si:H).

З

адачи исследования

:

провеcти расчетно-аналитического исследования температурной зависи-

мости фотогальванических характеристик солнечных элементов на основе
аморфного гидрогенизированного кремния;

23

определить функциональных параметров во взаимосвязи с температурой

и эффективный режим работы солнечных элементов;

изучить зависимости фотовольтаических характеристик от высоты по-

тенциального барьера и коэффициента неидеальности;

разрабтать теоретических подходов для анализа электрофизических

характеристик солнечных элементов.

Объектом исследования

являются солнечные элементы на основе

гидрогенизированного аморфного кремния.

Предметом исследования

являются процессы формирования вольт-

амперная характеристики (ВАХ) солнечных элементов на основе
гидрогенизированного

аморфного

кремния

и

зависимости

их

фотогальванических характеристик от температуры.

Методы исследований.

Для определения температурной зависимости

фотогальванических

характеристик

использованы

аналитические,

полуэмпирические и эмпирические методы, компьютерная графика.

Научная новизна:

получена формула, объясняющая экспериментальные зависимости, на

основе зависимости плотности тока короткого замыкания и напряжения
холостого хода от температуры;

показано, что напряжение холостого хода не зависит от значения коэф-

фициента качества (неидеальности) световой вольт-амперной характеристики
солнечного элемента;

установлено, что найденное значение максимальной эффективной

мощности солнечного элемента совпадает с максимальным значением
(

P=j

ф

U

), полученным на основе закона Жоуля-Ленца.

выведена формула выражающая зависимость коэффициента заполнения

от температуры и показано, что максимальное значение коэффициента
заполнения равно на

ff

=0,93, а минимальное значение -

ff

=0,25.

Практические результаты исследования:

полученные выражение для

температурной зависимости фотогальванических характеристик солнечных
элементов на основе аморфного гидрогенизированного кремния можно
использовать для определения рабочих температурных режимов аналогичных
солнечных батарей.

Достоверность результатов исследований

обосновывается совпаде-

нием расчетных результатов с экспериментальными данными, использо-
ванием известных математических статистических методов.

Научная и практическая значимость результатов исследования.

Научная значимость результатов исследования заключается в том, что

они способствуют расширению физических представлений о температурной
зависимости фотогальванических характеристик солнечных элементов на
основе гидрогенизированного аморфного кремния.

Практическая значимость результатов исследования заключается в воз-

можности использования полученных формул для определения темпера-
турной зависимости эксплуатационных параметров в аналогичных сол-
нечных элементах.

24

Внедрение результатов исследований

. На основе теоретического изу-

чения температурной зависимости фотогальванических характеристик сол-
нечных элементов на основе гидрогенизированного кремния:

полуэмпирическая

формула

закономерности

зависимости

тока

короткого замыкания от температуры использована при выполнении
научного проекта на тему ОТ-Ф2-28 «Кванторазмерные эффекты на
поверхности и в объеме легированного кремния, и их воздействие на
фотогенерационные и рекомбинационные процессы носителей заряда в

p-n

структурах» (2007-2011 гг) для определения зависимости коэффициента
заполнения от температуры (Справка №ФТА-02-11/478 Агентства науки и
технологии республики Узбекистан от 2017 года 14 августа). Использование
научных результатов позволила на основе расчета максимальных значений
тока короткого замыкания определить оптимальную ширину запрещенной
зоны полупроводника используемого для изготовления солнечных
элементов;

новое аналитическое решение выражающее зависимость коэффициента

заполнения солнечных элементов от температуры использовано при
выполнении научного проекта на тему ОТ-Ф2-28 «Кванто-размерные
эффекты на поверхности и в объеме легированного кремния, и их
воздействие на фотогенерационные и рекомбинационные процессы
носителей заряда в

p-n

структурах» (2007-2011 гг) для определения

параметров тока короткого замыкания и напряжения холостого хода
(Справка №ФТА-02-11/478 Агентства науки и технологии республики
Узбекистан от 2017 года 14 августа). Использование научных результатов
позволила определить коэффициент полезного действия при заданной
температуре.

Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывались

и обсуждались на 4 международных и 11 республиканских конференциях.

Опубликованность результатов.

По результатам диссертации опубли-

ковано 23 научных работ, из них 7 статьи опубликованы в реферируемых
зарубежных и республиканских журналах, а остальные в трудах между-
народных и республиканских конференций.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения,

четырех глав, заключения и списка использованной литературы. Текст
диссертации состоит из 130 листов.

25

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении

обоснована актуальность проблемы и темы диссертацион-

ной работы, сформулированы основные цели и задачи, указана научная
новизна и практическая значимость полученных результатов, а также при-
ведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе под

названием

«Солнечные элементы на основе

гидрогенизированном аморфном кремнии»

приведен обзор литературы,

посвященный теоретическим и экспериментальным исследованиям темпера-
турной зависимости фотогальванических характеристик солнечных
элементов (СЭ) и обоснована актуальность проблемы. В результате анализа
формул полуэмпирического вида сформулирована постановка задачи,
определены цели и задачи данной диссертации.

Во второй

главе, названной

«Фотогальванические характеристики

СЭ на основе а-Si:H

и связь между ними»

рассмотрены основные фото-

электрические характеристики СЭ на основе гидрогенизированного аморф-
ного кремния и их зависимость с особенностями а-Si:H

.

Выведено новое

выражение хорошо согласующиеся с экспериментальными данными, для
температурной зависимости плотности тока короткого замыкания СЭ на
основе аморфных полупроводников. Расследовано изменение этих парамет-
ров при низких и высоких температурах. Изучено зависимости плотности
тока короткого замыкания от высоты потенциального барьера и от коэф-
фициента неидеальности световой ВАХ.

Для определения напряжения холостого хода использованы формулы

температурной зависимости плотности тока насыщения и световой ВАХ СЭ
в следующим виде









'

)

)

(

ln(

ln

'

n

E

E

N

q

j

q

kT

n

U

S

C

C

кт

cu







(1)

где

n’



коэффициент не идеальности (качество) световой ВАХ ,

k

–

постоянная Больцмана,

μ

С



подвижность носителей заряда в зоне

проводимости,

N(E

C

)



эффективной плотности электронных состояний в

зоне проводимости,

E

S



напряженность электрического поля в поверхности

СЭ,

φ

– высота потенциального барьера СЭ, которая почти не зависит от

температуры, но его значение невозможно измерит непосредственно ВАХ,

j

кт



плотности тока короткого замыкания,

U

си

–напряжения холостого хода.

Исследуя выражение (1) в области, где плотности тока короткого

замыкания слабо зависит от температуры, получено линейную темпера-
турную зависимость напряжение холостого хода и экстраполируя эту линию
при значении температуры

Т≈0

выведено

U

си

≈

n’φ.

Пользуясь экспери-

ментальными данными имеем уравнение прямой линии между точками (0

,

n’φ

) и (

Т

0

,U

0

си

) в следующем виде





'

)

'

(

0

0

n

T

T

n

U

U

си

cu







(2)

26

где

U

0

си

–

напряжение холостого хода при комнатной (

Т

0

=300 К) температуре.

От температурной зависимости плотности тока насыщения

)

exp(

0

kT

q

E

N

q

j

S

C

C









(3)

при

Т

0

=300 К плотности тока насыщения равно

j

00

, получено выражение,

















)

1

1

(

exp

0

00

0

T

T

k

q

j

j



(4)

В формуле световой ВАХ солнечных элементов

кт

ф

j

kT

n

qU

j

j















1

)

'

exp(

0

(5)

при

U=U

си

имея

j

ф

= 0

получено уравнение













1

)

'

exp(

0

kT

n

qU

j

j

cu

кт

(6)

Поставляя формулы (2) и(4) в выражение (6) выведено уравнение

температурной зависимости плотности тока короткого замыкания















































1

))

1

(

'

(

'

exp

)

1

1

(

exp

0

0

0

0

00

T

T

n

U

kT

n

q

T

T

k

q

j

j

си

кт







(7)

Показано, что это выражение не может объяснить экспериментальные

результаты температурной зависимости плотности тока короткого замыкания
СЭ с барьером Шоттки приготовленные на основе

a-Si:H.

В линейной температурной зависимости напряжение холостого хода при

условие экстраполяции

Т≈0

выполняется

U

си

≈

φ

получено

уравнение прямой

линии в следующим виде











0

0

)

(

T

T

U

U

си

cu

(8)

Это выражение имеет одинаковую смысл с формулой (2) при выпол-

нении условия в точке

U=U

си

световой ВАХ

n’

=1.

С помощью формулой (8) получено выражение для плотности тока

короткого замыкания от температуры















































1

)

1

(

'

exp

)

1

1

(

exp

0

0

0

0

00

T

T

U

kT

n

q

T

T

k

q

j

j

си

кт







(9)

Расчеты показали, что при значение коэффициента качество световой

ВАХ в интервале 1≤

n’

≤1,1, где высота потенциального барьера имеет

φ

=0,97

В которая определена из экстраполяции напряжение холостого хода, не
может объяснить экспериментальные результаты при низких температурах.
Показано, что плотность тока короткого замыкания сильно зависит от
коэффициента качество световой ВАХ и когда

n’>

1,01 расчеты формулы (9)

не совпадает с экспериментальными результатами.

Показано, что при низких температурах плотность тока короткого

замыкания повышается с повышением высоты потенциального барьера.

27

результаты расчета из выражения (9) когда

n’

=1,006;

φ

=1,16 В

Рис.1. Зависимость плотности тока

короткого замыкания от

температуры СЭ

Температура, при которых плотность
тока короткого замыкания имеет
нулевое значение на низких темпе-
ратурах, с повышением высоты по-
тенциального барьера СЭ, повыша-
ется. Имея в виду этого, рассчитано
формула (9).
Расчеты показали, что именно
при значениях

n’

=1,006 ва



=1,16 В

расчетные результаты полностью
совпадают с экспериментальными
данными. (1-расм).

Показано, что

интервал температуры, где плотность
тока короткого замыкания СЭ не
сильно меняется от температуры,
зависит от высоты потенциального
барьера.

При уменьшении высоты потенциального барьера этот температурный

интервал повышается. При высоких температурах наблюдается затухание
плотности тока короткого замыкания, как затухание фотопроводимости
полупроводников.

В таблице 1 приведено расчетные данные по формуле (9) критических

температур, совпадающего значением высотой потенциального барьера.
Здесь

T

1

- низкая температура, где плотность тока короткого замыкания равно

нулю (

j

қт

=0).

T-

температура, где плотность тока короткого замыкания имеет

максимальную значению (

j

қт

=

j

макс.

).

T

2

– высокая температура, где плотность

тока короткого замыкания равно нулю (

j

қт

=0).

Известно, что высота потенциального барьера идеальных СЭ опре-

деляется шириной запрещѐнной зоны (щель подвижности).

q

E

g





. (10)

Эти результаты показывает, что солнечные элементы, работающих в

высоких и нижних температурах, должно изготавливаться из полупро-
водников малой шириной запрещенной зоны.

1-таблица

Температурный зависимость энергетическая ширина запрещѐнной

зоны солнечного элемента на основе полупроводников

№

E

g

,эВ

T

min

,K где

I

кт

=0

T

min

,K

где

I

кт

=I

max

T

max

,K где

I

кт

=0

1

0,45

69

425

621

2

0,97

97

367

441

3

1,16

109

354

410

4

1,5

128

340

379

28

Отметим что, полученные результаты в этой работе можно применять и

для СЭ на основе кристаллических полупроводников.

В третьей главе диссертации

,

которая называется

«Эффективные

значение фотоэлектрических характеристик солнечных элементов»

приведены результаты изучения зависимости эффективных значений фото-
электрических характеристик СЭ от температуры. Выведено, выражение для
эффективной плотности тока от температуры с помощью полуэмпирического
метода и исследовано влияние температуры на эффективность плотности
тока.

Определено, что эффективность плотности тока СЭ на основе

AlGaAs-

GaAs

не работает при ниже

T

=110 K и выше

T

=540 K температурах.

Известно, что эффективная мощность СЭ определяется от эффективных

значений выходного напряжения и сила тока.

P

эф

=j

эф

U

эф

.

(11)

Для того чтобы выводит формулу эффективной мощности СЭ, надо

определить выражении эффективного сила тока -

j

эф

и напряжения



U

эф

.

Эти параметры определяется из экспериментальных результатов световой
ВАХ СЭ от точки совпадающему к эффективной мощности. Для
эффективного напряжения получено следующее выражения

сu

кт

эф

qU

kT

n

j

j

q

kT

n

U

'

ln

'

0



(12)

Эффективная сила тока определяется, когда напряжения будет равным

эффективному напряжению СЭ световой ВАХ, тогда плотность фототока СЭ
будет равным к эффективному плотности тока.

кт

эф

эф

j

kT

n

qU

j

j

































1

'

exp

0

. (13)

поставляя вместо

U

эф

выражение (12) получено формула для эффективной

плотности тока



















кт

cu

кт

эф

j

j

qU

kT

n

j

j

0

1

'

(14)

из (12) ва (14) для эффективной мощности определено следующее выра-
жение

си

кт

кт

си

кт

эф

эф

эф

qU

kT

n

j

j

q

kT

n

j

j

qU

kT

n

j

U

j

P

'

ln

'

1

'

0

0





















(15)

имея в виду отрицательность плотности короткого замыкание (

j

қт

) и тока

насыщения (

j

0

),

то (15) формула

преобразовано в другую выражению

си

кт

си

кт

кт

эф

qU

kT

n

j

j

qU

kT

n

j

j

q

kTj

n

P

'

ln

'

1

'

0

0



















. (16)

29

Известно, что плотности тока замыкания -

j

кт

и насыщения -

j

0

,

напряжение холостого хода -

U

си

СЭ зависит от температуры и об этом ранее

обсуждено. Температурная зависимость высоты потенциального барьера

φ

–

СЭ, одинаково с температурной зависимостью ширину запрещенной зоны
для полупроводников и для не очень низких температур описывается в виде

T











0

. (17)

где

φ

0

- высота потенциального барьера СЭ в температуре

T

=0 К и еѐ

значения определяется из экстраполяции температурной зависимости
напряжение холостого хода (

U

си

(T)

)

к точке

T=

0

К

.

γ-

коэффициент

температуры высота потенциального барьера, которая имеет значении в
интервале 10

-3

-10

-5

В/К.

1-эксперименты Fischer-Colbrie

5

и 2-

результаты расчета полученная из выражения

(8) когда

n

=2,5;

φ

0

=1,42 В и γ=2

*

10

-4

В/К

Рис.2. Зависимость эффективной

значении плотности тока СЭ от

температуры

Поставляя формулу (17) на (14)-
(16) получено, выражении темпера-
турный зависимости эффективного
напряжения (12), плотности сила
тока (14) и плотности мощности
(16). Определено, что для темпера-
турной зависимости эффективного
напряжения относительная погреш-
ность совпадение расчетных и экс-
периментальных результатов, не
повышается от разрешенных оши-
бок (8 %) при эксперименте. Рас-
четные результаты температурную
зависимости эффективного плот-
ности тока по формуле (14)
приведена в рис. 2 (1-кривая ли-
ния), а экспериментальные данные
для температурную зависимости

эффективного плотности тока приведена в рис. 2 (2-кривая линия). Видно,
что расчетные результаты полностью совпадает с экспериментальными
данными. Такие выводы получены и для температурной зависимости
эффективной плотности мощности по формуле (16), которая приведена в
рис.3 (1-кривая линия), а экспериментальные данные для температурной
зависимости эффективной плотности мощности приведена в рис. 3 (2-кривая
линия).

Расчеты показали, что значении

j

эф

ва

U

эф

полностью

совпадает с

максимумами вычисленной по формуле (18). Сопоставление расчетных и
экспериментальных результатов определено, что напряжение холостого хода
не зависит от коэффициента качество световой ВАХ СЭ.

5

Fischer-Colbrie E., Wichner R. and Charlson (1976). Proc. 12 th Photovoltaik Spe cialists Conf. P. 40.

30

В четвертой главе под названием «

Температурные зависимости коэф-

фициента

запольнения

световой

ВАХ

»

приведены

результаты

исследования влияния температуры на коэффициент заполнения солнечного
элемента.

Известно, что коэффициент заполнения -

ff

световой ВАХ СЭ

определяется следующим выражением

си

кт

эф

эф

эф

U

j

U

j

P

P

ff





max

(19)

Поставляя выражение эффективного
плотности тока короткого замыкания
и на и напряжения холостого хода в
формулу (19), получено уравнение
для коэффициента заполнения от
температу ры

си

кт

си

кт

cu

qU

kT

n

j

j

qU

kT

n

j

j

qU

kT

n

ff

'

ln

'

1

'

0

0



















(20)

Из вышеуказанной выражении

световой ВАХ СЭ

1

'

exp

0

















kT

n

qU

j

j

си

кт

(21)

и перестановкой в формулы (20)
получено выражении для коэффици-
ента заполнения СЭ

1-эксперименты Fischer-Colbrie

6

и 2-

результаты расчета полученная из

выражения (15)

Рис. 3. Зависимости эффективной

мощности СЭ от температуры



























































1

'

exp

'

ln

'

1

)

exp(

1

1

'

kT

n

qU

qU

kT

n

qU

kT

n

nkT

qU

qU

kT

n

ff

cu

си

си

cu

cu

(22)

и





)

1

/

ln(

)

1

/

ln(ln(

)

/

ln(

)

1

/

ln(

1

1

0

0

0

0

0



























j

j

j

j

j

j

j

j

j

j

ff

кт

кт

кт

кт

кт

(23)

Если принимать во внимание выполнение условий

1

0



j

j

кт

или

1

'

exp















kT

n

qU

си

для СЭ на основе полупроводник, то из (22) ва (23) формул

вытекает соответственно выражении

6

Fischer-Colbrie E., Wichner R. and Charlson (1976). Proc. 12 th Photovoltaik Spe cialists Conf. P. 41.

31

























 



cu

cu

cu

qU

kT

n

qU

kT

n

kT

n

qU

ff

'

ln

'

1

'

1

(24)

и































)

/

ln(

)

/

ln(ln(

1

)

/

ln(

1

1

0

0

0

j

j

j

j

j

j

ff

кт

кт

кт

(25)

Выражение коэффициента заполнения световой ВАХ идеальных СЭ в

виде (25) приведено в литературах

7

. Из за эквивалентности выражений (24) и

(25) коэффициенту заполнения можно рассчитать по формуле (24).

Рис.4. Расчетные результаты полу-

ченной из формулу (24) для зависи-

мости коэффициент заполнения

световой ВАХ СЭ от

n’kT/qU

си

Используя этих формул можно иссле-
довать зависимость коэффициента за-
полнения СЭ, от напряжения холос-
того хода, от коэффициента неиде-
альности световой ВАХ и от
температуры. В рис. 4 приведено
расчетные результаты полученной из
формулу (24) для зависимости
коэффициент заполнения световой
ВАХ СЭ от

n’kT/qU

си.

Видно, что для

значений

n’kT/qU

си

<1 коэффициент

заполнения равно

ff

=0,25=

const

, когда

величина

qU

си

/n’kT

имеет значении

около

0,85

то

коэффициент

заполнения

имеет

максимум

с

значением

ff

=0,93.

Расчетами

получено, что при максимальной
значении коэффициента заполнения

для идеальной СЭ

когда

n’

=1,

Т

0

=300 К напряжение холостого хода имеет

значение

U

си

=2,23 В. В первой главе выведен выражение максимального

напряжение холостого хода по закону термодинамику

















r

c

g

cu

T

T

q

E

U

1

. (26)

здесь

Т

r



температура излучение тело (солнце),

Т

c



рабочая температура СЭ.

Расчѐтами ширину запрещенной зоны полупроводникового СЭ при

температурах

Т

0

=6000

K

и

T

=300 К получено значение

E

g

=2,3 эВ. Эту

величину можно рассматривать как оптимальное значение ширину запре-
щенной зоны, когда коэффициент заполнения световой ВАХ СЭ имеет
макси-мальную значению.

Показано, что расчеты зависимости коэффициента заполнения СЭ

световой ВАХ от величины

j

кт

/

j

0

будет равным

ff

=0,25 при условии

j

кт



j

0

, а

7

Ghosh A.K., Fishman C., and Teng T. (1980) Journal Appl. Phys. 51, 446.

32

при выполнении условии

j

кт

/

j

0

>>1 коэффициент заполнения имеет

насыщения с

ff

=0,93.

Предыдущей главе было выведена равносильные выражении (20), (24) и

(25) для коэффициента заполнения СЭ световой ВАХ.

Видно, что из выражении (22) и (23) можно определить формулы для

температурной зависимости коэффициента заполнения. Показано, что расчеты
из этих формул температурную зависимость коэффициента заполнения СЭ
фотоВХ имеет равносильные результаты.

В рис 5 показано экспериментальные и расчетные результаты темпе-

ратурной зависимости коэффициента заполнения СЭ световой ВАХ на основе
кристаллического кремния полученного в литературах. Выведено, что
расчетные данные хорошо согласуется с экспериментальными результатами
при

φ

0

=1,22 В,

γ

=2

*

10

-4

В/К ва

n’

=1,002 (область Б). Из рисунка видно, что

формула (20) полностью объясняет и пополняет экспериментальные
результаты температурной зависимости коэффициента заполнения СЭ
световой ВАХ (области А и В). Расчеты показывают, что коэффициент
заполнения

СЭ световой ВАХ на основе кристал-
лического Si имеет максимум (

ff

=0,88)

при

T

=115 K и при температурах

T

<112 K и

T

>550 K равно нулью.

Методами расчѐта коэффициента

заполнения

световой

ВАХ

СЭ

получено, что:

…напряжение холостого хода СЭ
не зависит от коэффициента качества
фото ВАХ;

полученная

новая

формула

температурной зависимости коэф-
фициента заполнения СЭ световой
ВАХ

полностью

объясняет

и

пополняет

экспериментальные

результаты;

1-эксперименты Arora, Mathur

8

и 2-резуль-

таты расчета полученная из формулы (22)

Рис. 5. Температурной зависимост

коэффициента заполнения световой

ВАХ СЭ

коэффициент заполнения СЭ световой ВАХ на основе кристаллического

кремния имеет максимум (

ff

=0,88) при

T

=115 K и при температурах

T

<112 K

и

T

>550 K равно нулю;

полученные формулы температурной зависимости коэффициента за-

полнения СЭ световой ВАХ дают хорошую согласованность с
экспериментальными результатами;

коэффициент качества СЭ световой ВАХ и высота потенциального

барьера зависят от температуры, но эти зависимости очень слабые.

8

Arora J.D., and Mathur P. C. (1981) Journal Appl. Physic. 52, 3646

33

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе проведенных исследований температурной зависимости

фотогальванических характеристик солнечных элементов на основе
аморфного кремния сделаны следующие выводы:

1. Установлено, что коэффициент неидеальности световой ВАХ СЭ на

основе аморфного гидрогенизированного аморфного кремния в интервале
100 К ÷ 500 К не зависит от температуры.

2. Показано, что полученная новая полуэмпирическая формула темпера-

турной зависимости тока короткого замыкания СЭ на основе аморфного
гидрогенизированного кремния полностью объясняет экспериментальные ре-
зультаты в интервале 60 К - 610 К.

3. Расчетами выражения плотности тока короткого замыкания от темпе-

ратуры СЭ определен рабочий температурный интервал и установлены зави-
симости материала полупроводника от ширины запрещенной зоны.

4. Плотность тока короткого замыкания СЭ на основе аморфного гидро-

генизированного кремния при температурах выше

T=

360 К уменьшается по

закону температурной зависимости фотопроводимости полупроводников.

5. Выведено новое выражение для эффективной плотности тока, напря-

жения и мощности от температуры, которое даѐт хорошее согласие расчет-
ных данных с экспериментально полученными результатами

6. Получены новые аналитические выражения коэффициента заполнения

фотовольтаических характеристик СЭ показывающие ограничение значения
коэффициента заполнения не уровне

ff

=0.93.

7. Выявлено, что когда ширина запрещенной зоны полупроводника СЭ

равна

E

g

=2,3 эВ, то коэффициент заполнения световой ВАХ имеет

максимальное значение.

34

35

SCIENTIFIC COUNCIL AWARDING SCIENTIFIC DEGREES

DSC.27.06.2017.FM/T.34.01 PHYSICAL-TECHNICAL INSTITUTE,

INSTITUTE OF ION-PLASMA AND LASER TECHNOLOGIES,

SAMARKAND STATE UNIVERSITY

NAMANGAN STATE UNIVERSITY

ISMANOVA ODINAXON TULKINBAEVNA

STUDY WARM-UP DEPENDENCY PHOTO GALVANIC OF THE

FEATURES SOLAR SELLS ON BASE AMORPHOUS SILICON

01.04.10- Physics of semiconductors

ABSTRACT OF DISSERTATION OF THE DOCTOR OF

PHILOSOPHY (PhD) ON PHYSICAL AND MATHEMATICAL SCIENCES

TASHKENT-2017

36

The theme of dissertation of doctor of philosophy (PhD) on physical and

mathematical sciences was registered at the Supreme Attestation Commission at the
Cabinet of Ministers of the Republic of Uzbekistan under number В2017.2.PhD/FM43.

Dissertation has been prepared at Namangan state university.

The abstract of the dissertation is posted in three languages (uzbek, russian, english

(resume)) on the website (

fti-kengash.uz

) and the “Ziyonet” Information and educational portal

(

www.ziyonet.uz

).

Scientific

supervisor

:

Ikramov Rustamjon Gulomjonovich

Doctor of philosophy, dotsent

Official opponents

:

Mamadalimov Abdugofur Tishabaevich

Doctor

of

Physical

and

Mathematical

Sciences,

Academician

Imomov Erkin Zunnunovich

Doctor of Physical and Mathematical Sciences,

Professor

Leading organization:

Tashkent state technical university

Defense will take place «____» _____________2017 at _____ at the meeting of Scientific

Council number DSc.27.06.2017.FM/T.34.01 Physical-technical institute, institute of ion-plasma
and laser technologies, Samarkand state university. (Address: 100084, Uzbekistan, Tashkent, 2B
Bodomzor yuli street. Phone/fax: (+99871) 235-42-91, e-mail:

lutp@uzsci.net

.).

Dissertation is possible to review in Information-resource centre at Physical-technical

institute (is registered №____) (Address: 100084, Uzbekistan, Tashkent, 2B Bodomzor yuli
street. Phone/fax: (+99871) 235-42-91, e-mail:

lutp@uzsci.net

).

Abstract of dissertation sent out on «____» _______________2017 year
(Mailing report № ___________on «____» _______________2017 year)

S.L. Lutpullayev

Chairman of scientific council

on award of scientific degrees,

D.F.-M.S., professor

A.V. Karimov

Scientific secretary of scientific council

on award of scientific degrees,

D.F.-M.S., professor

S.A. Bakhramov

Chairman of scientific Seminar under Scientific

Council on award of scientific degrees,

D.F.-M.S., professor

37

INTRODUCTION (abstract of PhD thesis).

The aim of the research work.

theoretical studies of the temperature

dependence of photovoltaic characteristics of solar cells prepared on the basis of
amorphous hydrogenated silicon (a-Si: H) and comparison with experimental
results.

The object of the research work.

The object of the study are solar cells

based on hydrogenated amorphous silicon, new equations of photovoltaic
characteristics of solar cells on temperature and experimental data available in the
scientific literature.

Scientific novelty of the research work.

A new expression formula is obtained for the open-circuit voltage from

temperature using the semiempirical method;

A new expression formula is derived for the temperature dependence of the

short-circuit current density;

A new expression formula was obtained for the photoconductivity of the

photoconductivity of solar cells and the dependence of this parameter on
temperature was investigated;

New formulas are derived for the temperature dependence of the effective

voltage, current density, and power; it shows the correspondence between the
calculated data and the experimental results;

For the first time, the dependence of the photovoltaic characteristics on the

height of the potential barrier and on the photovoltaics non-ideality coefficient was
researched.

Implementation of the research results.

Based on the theoretical study of the

temperature dependence of the photovoltaic characteristics of solar cells based on
hydrogenated silicon: the results of a theoretical calculation of the temperature
dependence of the photovoltaic characteristics of a solar cell based on amorphous
hydrogenated silicon;
methods for determining the optimum working temperature of solar cells based on
amorphous silicon and the effect of temperature on the dependence of the duty
cycle of the light volt-ampere characteristics of solar cells;
were used by scientists of the Andijan State University to determine the influence
of quantum effects on the processes of photogeneration and recombination in the
implementation of a scientific grant of fundamental research on the subject OT-F2-
28 "Quantum-dimensional effects on the surface and in the volume of doped
silicon, and their effect on the photogeneration and recombination processes of
carriers charge in p-n structures "(2007-2011) (reference No. FTA-02-11 / 478 of
the Agency of Science and Technology of the Republic of Uzbekistan from 2017
on august 14). The use of scientific results made it possible to explain the
temperature dependence of the photoelectric characteristics of solar cells.

The structure and the volume of the thesis.

The thesis consists of an

introduction, four chapters, conclusion, a list of references. The text of the thesis is
presented on 130 pages of typewritten text, including 39 figures and 3 tables.

38

ЭЪЛОН ҚИЛИНГАН ИШЛАР РЎЙҲАТИ

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

LIST OF PUBLISHED WORKS

I бўлим (I часть, part I)

1.

Алиев Р., Зайнобиддинов С., Икрамов Р.Г., Исманова О.Т.,

Нуритдинова М.А. «Оценка фотоэлектрических параметров солнечных
элементов на основе аморфного кремния», Гелиотехника, 2003, № 1, с.
18-22. (01.00.00. №1)

2.

Зайнобиддинов С., Икрамов Р.Г., Алиев Р., Исманова О.Т., Ниязова О.,

Нуритдинова М.А. «Влияние температуры на фотоэлектрические
характеристики солнечных элементов из аморфного кремния»,
Гелиотехника, 2003, № 3, с.19-22. (01.00.00. №1)

3.

Aliev R., Ikramov R.G., Alinazarova M.A., Ismanova O.T. Influence of

temperature on photocurrent of amorphous semiconductor-based solar
element. Applied Solar Energy, 2009, Vol.45, No.3, pp. 148-150. (

4.

Алиев Р., Икрамов Р.Г., Исманова О.Т., Алиназарова М.А.

Полуэмпирическое уравнение для температурных зависимостей
фотоэлектрических

параметров

a-Si:H

солнечных

элементов.

Гелиотехника, 2011, №1, с. 61-64. (01.00.00. №1)

5.

Алиев Р., Алиназарова М.А., Икрамов Р.Г., Исманова О.Т.

Коэффициент заполнения нагрузочной вольт-амперной характеристики
солнечных элементов и его роль в определении их температурных
свойств. Гелиотехника, 2011, №2, с. 38-41. (01.00.00. №1)

6.

Алиев Р., Алиназарова М.А., Икрамов Р.Г., Исманова О.Т. Влияния

температуры

на

эффективные

значения

фотогальванических

характеристик солнечных элементов. International Scientifik Journal for
Alternativ Energy and Ekologi, Scientifik Technical Center TATA, № 15,
(137) 2013. с.36-40. (05.00.00. №11)

7.

Алиев Р., Алиназарова М.А., Икрамов Р.Г., Исманова О.Т. Influence of

the temperature on efficient importance photogalvanic characteristics of
solar elements. Litters in International Scientifik Journal for Alternativ
Energy and Ekologi, Scientifik Technical Center TATA № 3, 2014. p. 14-
16. (05.00.00. №11)

II бўлим (II часть, part II)

8.

Алиев Р., Алиназарова М.А., Икрамов Р.Г., Исманова О.Т. Носиров

М.З. Электрон ҳисоблаш машиналари учун яратилган дастурнинг
расмий рўйҳатдан ўтказилганлиги тўғрисидаги гувоҳнома № DGU
03900. «Яримўтказгичли фотоэлементлар параметрларининг ҳароратга
боғлиқлиги» физика тажрибаларини виртуал моделлари. 02.08.2016 й.

9.

Алиев Р., Икрамов Р.Г., Исманова О.Т. «Қуѐш элементларининг ФИК

ни максимал қийматларини ўрганиш», Материалы научного семинара,
посвященного 60-летю со дня основная академии наук Республики

39

Узбекистан. В книге «Наука и образование: проблемы и решения»,
Ташкент, «ФАН», 2003, с. 19-23.

10.

Икрамов Р.Ғ., Исманова О.Т., Темиров О.А. «Қуѐш батареяларининг
фойдали иш коэффициентини ҳисоблаш формуласи», Сб. тез. док.
Респуб. конф. «Молодых физиков Узбекистана», Ташкент, 2002,
Улугбек, 3-4 декабря, с. 86-87.

11.

Икрамов

Р.Ғ., Исманова О.Т.,

Рафиков А.К.

«Тўлдириш

коэффициентини қиймати кичик бўлган a-Si:H асосли қуѐш
батареяларининг световой ВАХси», Сб. тез. док. Респуб. конф.
«Молодых физиков Узбекистана», Ташкент, 2002, Улугбек, 3-4
декабря, с. 90-91.

12.

Алиев Р., Икрамов Р.Ғ., Исманова О.Т. «Қуѐш элементларининг
фотогальваник

характеристикаларини

ҳароратга

боғланиши»,

«Ҳозирги замон физикасининг долзарб муаммолари», II Республика
илмий назарий конференцияси тезислари тўплами, ТермизДУ, Термиз,
2004 , 28-29 б.

13.

Алиназарова М.А., Икрамов Р.Ғ., Исманова О.Т. «Аморф яримўтказгич
асосли қуѐш элементларини қисқа туташув токини ҳароратга
боғланиши», «Ҳозирги замон физикасининг долзарб муаммолари»
мавзусидаги III Республикаси илмий назарий конференцияси
материаллари, ТермизДУ, Термиз, 2006, 26 б.

14.

Алиназарова М.А., Икрамов Р.Г., Исманова О.Т. «Исследование
изменения высоты потенциального барьера в солнечных элементах»,
Материалы межд. конф. по «Фотоэлектрическим и оптическим
явлениям в полупроводниковых структурах», Фергана, 2006, с. 16-17.

15.

Алиев Р., Алиназарова М.А., Икрамов Р.Ғ., Исманова О.Т. “Аморф
яримўтказгич асосли қуѐш элементлари ишлайдиган ҳарорат
интервали.” Физика ва астрономия ютуқлари, ўқитиш методикаси ва
таълим муаммолари”. Республикаси илмий-амалий конференцияси
материаллари 2009, Тошкет, 315-318 бетлар.

16.

Алиев Р., Икрамов Р.Ғ., Алиназарова М.А., Исманова О.Т. Қуѐш
элементларининг эффектив токи зичлигига ҳароратни таъсири.

Материалы конференция «Фундаментальные и прикладные вопросы
физики» посвященная 80-летию академика М.С.Саидова, ФТИ,
Ташкент, ноябрь 2010, с.66-68.

17.

Алиев Р., Алиназарова М.А., Икрамов Р.Ғ., Исманова О.Т. Қуѐш
элементларининг тўлдириш коэффициентини ҳароратга боғланиши.
Материалы конференции «Фундаментальные и прикладные вопросы
физики» посвященная 80-летию академика М.С.Саидова, ФТИ,
Ташкент, ноябрь 2010, с.65-66.

18.

Абдуллаев Х.О., Икрамов Р.Ғ., Исманова О.Т., Алиназарова М.А.
Аморф яримўтказгич асосли қуѐш элементларининг эффектив
қувватини ҳисоблаш. Материалы Республиканской научно технической
конференции «Фотоэлектрические и теплофизические основы
преобразования солнечной энергии» Фергана 2011, с.119-120.

40

19.

Алиназарова М.А., Икрамов Р.Ғ., Исманова О.Т. Дехқонов Ш.,
Тўхтабаева Н Қуѐш элементларининг эффектив ва салт ишлаш
кучланишлари. “Замонавий физиканинг долзарб муаммолари”
республика илмий-назарий анжумани материаллари. Термиз, 2013, 138-
140 бетлари.

20.

Икрамов Р.Ғ., Турсуналиев И., Исманова О.Т. Аморф яримўтказгич
асосли қуѐш элементларининг эффектив кучланишига ҳароратни
таъсири. “Замонавий физиканинг долзарб муаммолари” ҳудудий илмий
анжумани материаллари. Наманган, 2013, 68-69 бетлар.

21.

Алиев Р., Алиназарова М.А., Икрамов Р.Ғ., Исманова О.Т. Қуѐш
элементларининг Фото вольт-ампер характеристикасини тўлдириш
коэффицентига потенциал тўсиқ баландлигининг таъсири. Профессор
А. Т. Тешабоевнинг 90 йиллигига бағишланган “Яримўтказгичлар
физикасининг долзарб муаммолари” Республика илмий-амалий
семинари материаллари. ЎзМУ, Тошкент, 2014 й. (28-30 бет)

22.

Алиев Р., Алиназарова М.А., Икрамов Р.Ғ., Исманова О.Т.
Полуэмпирический способ определения коэффициента полезного
действия солнечных элементов. Сборник тезисов докладов респ.конф.
Фундаментальные и прикладные вопросы физики. Ташкент. 2014, 6-7
ноябр., С. 42-43.

23.

Алиев Р., Алиназарова М.А., Икрамов Р.Ғ., Исманова. Новый метод
определения коэффициента полезного действия солнечных элементов.
«Микроэлектроника, нанозарралар физикаси ва технологиялари»
Республика илмий амалий анжумани, Андижон, АндДУ, 2015.

41

Авторефератнинг ўзбек, рус ва инглиз тилларидаги нусхалари

«Тил ва адабиѐт таълими» таҳририятида таҳрирдан ўтказилди

(06.09.2017 йил)

Босишга рухсат этилди:

_____

.____.2017

Бичими 60х84 1/6, «Times New Roman»

гарнитураси. Офсет усулида босилди.

Шартли босма табоғи 3.25 нашр босма табоғи 3.0

Тиражи 100 Буюртма: № ____

«Алоқачи» босмахонасида чоп этилди.

Тошкент шаҳри, А. Темур кўчаси 108