10-Mavzu. Yuqori samaradirlikka ega quyosh elementlari

 
1.32-rasm. Kremniy asosidagi QE larining absolyut spektral sezgirligi. 1-3 
legirlangan qatlam qalinligi ℓ ≥1,2 mkm bo‘lgan shaffoflantirilmagan 
qatlamli element 
 
Bunga sabablar: 
1. Kirishmalar konsentratsiyasini yuqori darajada kiritish, man qilingan 
soha kengligi Eg ning kamayishiga olib keladi va asosiy zaryad 
tashuvchilarning effektiv konsentratsiyasi kamayada, teskari gradiyentli 
elektr maydoni hosil bo‘lishiga olib keladi. 
2. Frontal qatlamdagi asosiy bo‘lmagan zaryad tashuvchilarning 
(teshiklarning) yashash davri τ keskin kamayib ketadi va ehtimol bir ns 
(nanosoniyadan) oshmay qolishi mumkin. 
 

---

1.33-rasm.
 Kremniy asosidagi quyosh elementlarida umumiy yig‘ish 
koyeffitsiyentining spektral o‘zgarishi (1), frontal qatlamning yig‘ish 
koyeffitsiyentidagi hissasi (2), hajmiy zaryad qismining hissasi (3), baza 
qismining xissasi (4). 
Shuning uchun, teskari to‘yinish toki Io~ ni kamaytirish jarayonida 
frontal 
qatlam 
qalinligini 
kamaytirish 
bilan 
birga 
kirishmalar 
konsentratsiyasini birmuncha pasaytirish( ~2 10
17
sm-3 ga qadar) lozim, va 
qatlam qarshiligining nisbatan ortishini to‘rsimon omik kontakt 
topologiyasini optimallashtirish hisobiga kompensatsiya qilish mumkin. 
Bu talablar ayrim texnologik va konstruktorlik yangiliklar hisobiga 
«binafsha» QE lari ishlanmalarida qullanildi. Bular jumlasiga past haroratli 
diffuziya (770-800 ºS) jarayonini uzatuvchi (transport) gaz oqimida 
o‘tkazish, kirishmalarning nisbatan sirtdagi konsentratsiyasini kamaytirish ( 
~ 1017 sm¯³) gacha, qalin to‘rsimon kontakt yo‘lkalar sonini oshirish (8-10 
yo‘lka/sm) va kengligini 50 mkm gacha kamaytirish va hokazolar kiradi. 
Kremniy plastinalari yuzisiga ishlov berishning yangi – yuzadan nur 
qaytarishni kamaytiruvchi va shu tufayli F.I.K.ni oshiruvchi usuli yaratildi. 
Bunday QE larining frontal sirtida piramidasimon, teksturali relef hosil 
qilinadi, va piramida yon tomonidan qaytgan nur, keyingi piramida yon 
tomoniga tushib, kristall yuziga qaytariladi

---

 Shuning uchun, antirefleksion qatlam olinmagan yuzada ham hosil 
qilingan piramidasimon relef hisobiga optik yo‘qotishlarni 10 % gacha 
kamaytiriladi. Qushimcha sifatida shuni aytish mumkinki, teksturalangan 
sirt optik nurlanishning yutilish chuqurligini kamaytiradi. Natijada effektiv 
yutilish koyeffitsiyenti α ning o‘sishi, yig‘ish koyeffitsiyentining va tok 
zichligining oshishiga olib keladi. 
An’anaviy tekis, planar konstruksiyadan tashqari keyingi paytlarda r-p 
o‘tishining konstruksiyasi murakkab bo‘lgan QE, jumladan p-n o‘tishlari 
yoritilayotgan sirtga perpendikulyar bo‘lgan elementlar ishlab chiqildi. Ular 
yagona umumiy taglikda tayyorlangan yoki alohida kontaktlar bilan 
birlashtirilgan mikro QE lardan tuzilgan bo‘lib, p-n o‘tishlarining 
perpendikulyar joylashishi QE lariga qo‘shimcha imkoniyatlar yaratishi 
mumkin. Bunday QE lari ketma-ket ulanganda bir necha V/sm gacha 
kuchlanganlik olish mumkin va hamda ular yuqori yoritilganlik sharoitida 
effektiv ishlashi mumkin. 
Konstruksiyaning yana bir turi bu relef yuzali QE. Bu erda relef, xuddi 
teksturalash jarayoni kabi, selektiv emirish hisobiga paydo qilinadi. Natijada 
yuqoridagi frontal yuzadagi n+ - qatlam relef profilini takrorlaydi. Relefning 
geometrik o‘lchamlarini har xil qilish mumkin. Nurlanishni qabul qiluvchi 
sirtning optik yutilish koyeffitsiyenti teksturalangan yuza yutilish 
koyeffitsiyentiga yaqin ilish mumkin. 
Yuqorida keltirilgan quyosh elementlarining sifatlaridan yana biri – 
perpendikulyar joylashgan p-n o‘tishlarning bir-biri bilan yaqin joylashishi 
natijasida butun hajmda yuqori darajali fotosezgirlikka erishish imkoniyati 
mavjudligidir. Agar baza qalinligi asosiy bo‘lmagan zaryad tashuvchilari 
diffuzion yo‘li uzunligidan juda kam bo‘lsa, ya’ni w«L bo‘lsa, bazada 
nurlantirish tufayli hosil bo‘lgan hamma zaryad juftliklari ajratilishi 
mumkin. Relef tuzilmali namunali QE lari atmosferadan tashqari sharoitda 
15 % dan ortik effektivlikka ega ekanligi aniqlangan. 
Quyosh elementlarining optik va fotoyelektrik xarakteristikalarini 
yaxshilashning yana bir imkoniyati – bu bazada maxsus usullarni qo‘llab 
zarayadlarni tortuvchi elektr maydoni hosil qilish usulidir. Kremniy 

---

asosidagi QE ning spektral sezgirligini spektrning qisqa to‘lqinli qismida 
keskin oshirish imkoniyatlaridan biri, frontal sirtda maxsus yuzani 
passivatsiya qiluvchi qatlamlar bilan yopishdir.
Bunday qatlamlar odatda kremniy oksidi, kremniy nitridi asosida olinadi. 
Bunday qatlamlarda kiritilgan (vstroyenno‘y) elektr zaryadlari mavjud 
bo‘ladi. Bu zaryadlar kremniyning yuzaki yupqa legirlangan qatlami bilan, 
xuddi ayrim QE tuzilmalaridagi tortuvchi elektr maydonlari kabi, 
legirlangan qatlam bilan ikki qatlamli nn+ yoki pp+ - tuzilma hosil qiladi. 
Bu sirtda hosil bo‘lgan tuzilma effektiv sirt rekombinatsiya tezligini 
kamaytiradi va ortiqcha zaryadlar yig‘ilishini yaxshilaydi. Asosan bu 
yaxshilanish yuza yaqinida yutiluvchi qisqa to‘lqinli optik nurlanish 
hisobiga bo‘ladi. 
Keltirilgan effektni quyidagi misolda namoyish qilish mumkin. 
Passivatsiya qiluvchi qatlam olingandan sung, odatda yig‘ish koyeffitsiyenti 
va salt yurishi kuchlanishining qiymati ortadi.
Agar oddiy QE ning baza qatlami (r-tip kremniy misolida) notekis 
legirlangan bo‘lsa va p-n o‘tish atrofida kirishmalar konsentratsiyasi uning 
ichidagiga qaraganda kam bo‘lsa, u holda bazada ham elektrostatik maydon 
hosil bo‘ladi va ortiqcha hosil bo‘lgan zaryad juftliklarini yig‘ishda yordam 
beradi. Bu hodisa, birinchidan, teskari to‘yinish tokining oshishi hisobiga va 
potensial tusiq qiymatining kamayishi hisobiga, U
sk
ni kamaytiradi, 
ikkinchidan, kirishmalar konsentratsiyasi baza qatlami ichida nisbatan 
oshirilganligi uchun asosiy bo‘lmagan zaryad tashuvchilarning diffuzion 
yo‘li uzunligi (Ld) va yashash vaqti (τ) kamayadi. 
QE bazasining xususiyatlari va uning element parametrlariga ta’si rini 
tahlil qilish natijasida bazada katta qiymatli tortuvchi elektr maydoni hosil 
qilish o‘rniga sunggi vaqtlarda yangi model element orqa tomonida orqa 
kontakt yaqinida keskin izotip pp+ yoki nn+ o‘tishlar hosil qilish modeli 
paydo bo‘ldi.
Yuqori samarali QE yaratish jarayonida xususiy o‘tkazuvchanlikka ega 
bo‘lgan kremniyni ham ishlatish mumkinligi aniqlandi. Buning uchun uning 
ikkala tomoniga n- va p- tip beruvchi kirishmalar diffuziya qilish kerak va 

---

ma’lum masofada p-n o‘tish hosil qilish va boshqa tomonida ma’lum 
gradiyentga ega bo‘lgan izotip potensial tusiq paydo qilinishi kerak. 
p+ pp+ yoki p+ nn+ - tuzilmali QE lari olishda, uzoq masofaga ta’sir 
etuvchi tortuvchi elektr maydoni hosil qilishga qaraganda, orqa tomondan 
p
+
p yoki n+ n izotip to‘siq olish texnologiya nuqtai nazaridan osonroqdir 
va amaliy tomondan izotip o‘tish olish bazada yig‘ish koyeffitsiyentini 
oshirish uchun qulayroqdir. Qo‘shimcha kirishmalar kiritib orqa tomonda 
olingan izotip to‘siq, orqa kontaktdan asosiy bo‘lmagan zaryad 
tashuvchilarni qaytaradi va ularda Ld ning effektiv qiymatini oshiradi, 
hamda baza-metall kontakt tuzilmasi chegarasidagi sirt rekombinatsiyasi 
koyeffitsiyentini keskin kamaytiradi. QE ning teskari to‘yinish toki Io ham 
birmuncha kamayadi. Orqa tomonida izotip o‘tishli QE larining ustunlik 
tomoni baza qatlamida asosiy bo‘lmagan zaryad tashuvchilarining diffuzion 
yo‘li uzunligi uning qalinligidan kattarok bo‘lganida yoki hech bo‘lmaganda 
teng bo‘lgan sharoitda sezilarli bo‘ladi. Bu tenglik bajarilishi uchun YaO‘ 
material nisbatan tozaroq yoki yupqaroq bo‘lishi va L~d bajarilishi kerak. 
p-i-n va p+-i-n+ tuzilmali elementlar uzun to‘lqinli diapazonda 
nihoyatda katta sezgirlikka ega. Bu QE ning VAT ning shakli nihoyatda 
to‘g‘ri turtburchakka yaqindir. Chunki ularda optik nurlanish bilan yoritilish 
sharoitida element bazasidagi kuchlanishning omik pasayishi nolga intiladi, 
ya’ni optik nurlanish ta’sirida yuqori Omli bazada muvozanatda bo‘lmagan 
zaryad tashuvchilar muvozanatda bo‘lganlaridan ko‘proq hosil bo‘ladi. 
Asosiy bo‘lmagan zaryad tashuvchilarning diffuzion yo‘li uzunligi yuqori 
Omli baza materialida nisbatan kattaroq qiymatga ega bo‘lishi er atrofidagi 
radiatsion kamarlarda ularning ishlash muddatini boshqa QE lariga 
qaraganda birmuncha uzayishiga olib keladi. 
Shu o‘rinda yana bir narsani qayd qilish lozim. Asosiy yutilish 
chegarasidan tashqarida uzun to‘lqinli nurlanishga shaffof bo‘lgan kremniy 
va boshqa YaO‘ materiallar asosidagi Quyosh elementlarining kelajagi 
istiqbollidir. Bunday QE tayyorlash imkoniyati hozir ham mavjud bo‘lib, u 
nisbatan tozaroq materiallarning asosiy fundamental yutilish chegarasidan 
tashqarida nisbatan shaffofligiga asoslangandir. Ammo, QE bazasi yuqorida 

---

qayd qilingan nisbatan toza tayyorlanishiga qaramay uning yuqori frontal 
qatlamida kirishmalar konsentratsiyasi deyarli materialning chegaraviy 
eruvchanligiga qadar kiritilishi, shu qatlamda katta to‘lqin uzunligiga ega 
bo‘lgan optik nurlanishning ko‘proq yutilishi yoki akslanishiga olib keladi. 
Legirlangan yupqa frontal qatlamda asosiy bo‘lmagan zaryad 
tashuvchilarning diffuzion yo‘li uzunligi Ld va yashash davri τ 
qiymatlarining nisbatan kichikligi shu qatlam qalinligini 0,15-0,5 mkm 
diapazonda olishni taqozo etadi. Shu qalinlikdagi qatlamda quyosh optik 
nurlanishining infraqizil spektridagi yutilishi (ya’ni, 1,1 – 2,5 mkm 
diapazonida) odatda 1-3 % oshmaydi. Shunday qilib, r-p o‘tish chuqurligini 
kamaytirish hozirgi zamon QE uchun xarakterli bo‘lib, bu usul asosiy 
yutilish chegarasidan tashqarida quyosh spektriga shaffof bo‘lgan 
elementlar olish imkoniyatini kremniy materiali asosida yaratish 
mumkinligini ko‘rsatadi. 
Qolgan yana ikkita to‘siq – orqa tomondagi yuzani butunlay qoplovchi 
kontaktda quyosh nurlanishining to‘la yutilishi va undan nisbatan 
to‘laligicha qaytarilish hodisasi – orqa kontaktni to‘rsimon shaklli qilish va 
shu tomonda ham qalinligi 0,3-0,4 mkm bo‘lgan akslantiruvchi oksid 
qatlamlar hosil qilish orqali echilishi mumkin. 1,1 mkm dan boshlab IQ 
sohada shaffof va orqa kontakti to‘rsimon shakldagi quyosh elementlari 
kremniy, galliy arsenidi va yupqa qatlamli CuS – CdS geteroo‘tishli 
tuzilmalarda yaratildi. hisoblarga qaraganda geostatsionar orbitalar 
sharoitida bunday QE larini ishlatish natijasida harorat nisbatan 10-15 ˚S 
pastroq va elektr quvvatini 5-7 % oshirar ekan. Fotoaktiv bo‘lmagan uzun 
to‘lqinli IQ nurlanishni QE tuzilmasidan nafaqat o‘tkazib yuborish, balki 
to‘laligicha qaytarish ham mumkin. Buning uchun, quyosh elementining 
orqa tomonida IQ nurlanishni qaytaruvchi ko‘zgusimon kontakt olish kerak. 
Bunday kontaktni olish uchun Ag, Al, Cu qoplamalarni vakuumda uchirish 
yoki elektroximiyaviy usulda olish imkoniyati mavjud. 
Quyosh elementi samaradorligini oshirishga imkon beradigan yana bir 
usul – bu ikki tomonlama sezgir QE tuzilmasini ishlatishdir. Bu tuzilma, ikki 
xil yuqorida qayd qilingan, IQ spektr sohasida shaffoflikni paydo qilish va 

---

element orqa tomonida olingan izotip o‘tish bilan mushtarak holda 
birlashtirish natijasida 12 - rasmda ko‘rsatilgan n+pp+ yoki p+ nn+ tizimli 
QE lari hosil qilishdan iboratdir. 
Nisbatan katta solishtirma qarshilikka ega bo‘lgan kremniy asosidagi 
ikki tomonlama sezgir QE bazasi qalinligini nisbatan kamaytirish yoki 
diffuzion yo‘li uzunligi nisbatan katta bo‘lgan materiallar ishlatish 
natijasida, element tuzilmasi frontal tomondan tushayotgan optik 
nurlanishni qanday effektivlikda elektr energiyasiga aylantira olsa, orqa 
tomondan tushayotgan nurlanishni ham shunday effektivlikda aylantira 
olishi aniqlangan. Element orqa tomonidan tuzilmaga izotip o‘tishlarni 
kiritish ikki tomonlama sezgir QE tuzilmasida orqa tomondagi sirt 
rekombinatsiya koyeffitsiyentini keskin kamaytirib (L/d>1), yig‘ish 
koyeffitsiyentini, orqa tomondan nurlanish tushgan hol uchun, frontal 
tomondan nurlanish tushish kattaligiga qadar ko‘tardi. 
Ikki tomonlama sezgir QE tuzilmasi samaradorligini oshirish uchun 
uning bazasini, oddiy element bazasiga nisbatan yuqori Omli bo‘lishi kerak. 
Misol, odatda oddiy QE tuzilmasi uchun baza odatda 0,5-1,0 Om·sm 
kremniydan tayyorlansa, ikki tomonlama sezgir elementlar uchun baza 
qarshiligi 7,5-10 Om sm va undan ham yuqori olinadi.