ПРЕДИСЛОВИЕ

В 1960-1970 гг. произошли существенные изменения в представлении людей о Земле. Стало ясно, что запасы ископаемого топлива, к которому мы все привыкли относиться как к чему-то само собой разумеющемуся, не беспредельны. Это приводит к необходимости изыскивать новые, и предпочтительно возобновляемые, источники энергии. По всей вероятности, наиболее полезным окажется сочетание нескольких видов энергии, в том числе энергии, получаемой при сгорании каменного угля, солнечной тепловой и фотоэлектрической энергии, энергии ветра, атомного ядра, океана, энергии, извлекаемой из биомассы, и некоторых других источников. Авторы надеются на то, что книга будет способствовать расширению масштаба использования солнечной энергии от относительно ограниченных и специальных областей применения до такого уровня, когда фотоэлектрическая энергетика сможет играть важную роль в удовлетворении энергетических потребностей населения.

Книга предназначена для специалистов, достаточно глубоко знакомых с физикой твердого тела, а также для научных работников и инженеров, занимающихся исследованием и разработкой солнечных элементов. В ее основу положен курс лекций, которые один из авторов (А. Фаренбрух) читает в Станфордском университете начиная с 1977 г. Уровень развития фотоэлектрического метода преобразования энергии изменяется быстрыми темпами, и постоянно возрастающий интерес научных, технических и деловых кругов привел к появлению большого количества литературы, знакомящей читателей с современными достижениями в этой области. Мы не могли рассчитывать на то, что наша книга вольется в этот поток литературы, и ставили перед собой другую цель. Данная книга освещает фундаментальные вопросы физики солнечных элементов и не связана с обсуждением особенностей отдельных приборов. Приборы специального назначения рассмотрены в основном в качестве примеров для иллюстрации наиболее существенных физических явлений и возможностей усовершенствования конструкций. Солнечный элемент представляется на первый взгляд довольно простым устройством, однако для получения высокоэффективных и экономичных приборов необходимо применение достижений многих областей науки и техники. Солнечные элементы с КПД около 5% относительно просто изготовить из многих полупроводниковых материалов. Сообщалось даже о том, что обнаружен фотовольтаический эффект у элементов, изготовленных из органических веществ естественного происхождения. Однако

повышение КПД преобразования солнечной энергии до 10-20% возможно лишь при глубоком понимании процессов, происходящих в элементах.

По способу представления материала начало книги напоминает детскую игру, когда ребенок впервые знакомится с часами или другими таинственными устройствами: происходящие в элементах физические процессы его не интересуют. Далее при обсуждении основных вопросов, связанных с принципом действия элементов, используется по возможности наиболее наглядный подход. Приведенное в гл. 1 уравнение переноса устанавливает взаимосвязь между процессами рекомбинации и переноса фотогенерированных носителей заряда и позволяет рассчитать полный фототок и спектральную чувствительность элементов. Разделение носителей заряда и характеристики потенциального барьера в области перехода подробно исследуются в гл. 2. В гл. 3 мы возвращаемся к изучению свойств солнечных элементов, вычисляем КПД преобразования солнечной энергии, определяем потери мощности на последовательном и шунтирующем сопротивлениях, а также устанавливаем взаимосвязь между этими потерями и свойствами полупроводниковых материалов.

В гл. 4, 5 и 6 рассматриваются в качестве примеров некоторые типы солнечных элементов и отмечаются особенности процесса их изготовления и возможности усовершенствования. Речь идет о монокристаллических кремниевых солнечных элементах с гомогенным переходом, монокристаллических элементах с гетеропереходом и скрытым гомопереходом на основе и тонкопленочных поликристаллических элементах со структурой . В гл. 6 перечислены вопросы, с которыми приходится сталкиваться при разработке солнечных элементов на основе тонкопленочных поликристаллических материалов с учетом особенностей процессов переноса и рекомбинации носителей заряда при наличии потенциальных барьеров в области границ зерен.

Анализ этих вопросов представляет особый интерес для экспериментаторов, создающих элементы, которые содержат электрически активные границы раздела, и элементы, в которых важную роль играют энергетические уровни, связанные с фотоактивными цримесями. Отметим, что данные явления характерны для всех типов солнечных элементов, однако их влияние на свойства некоторых элементов может оказаться слабым.

И, наконец, мы хотели бы выразить признательность тем, кто рецензировал отдельные главы книги.

Кроме того, мы хотим поблагодарить аспирантов, устранивших в рукописи большое количество ошибок. Общение с ними способствовало также лучшему отбору материала книги. В заключение мы хотим выразить признательность организациям NSF - RANN, ERDA и Министерству энергетики за финансирование ряда исследований, о которых шла речь в книге.