Короткий ответ: в умеренном климате чаще всего оптимальны высококачественные кристаллические (моно) кремниевые структуры на n-типе (n‑Si) с хорошей пассивацией (HJT или TOPCon / PERC как бюджетная альтернатива), либо — при требовании лучшей температурной стабильности — тонкоплёночные CdTe или оптимизированные CIGS. Ниже — почему и как влияют параметры.
1) Ширина запрещённой зоны (E_g)
- Для одиночного p–n перехода оптимум по теории Шокли–Куиссера под AM1.5: $E_g\approx 1.34\text{эВ}$.
- Кремний: $E_g\approx 1.12\text{эВ}$ (некоторая потеря $V_{oc}$, но высокая материальная доступность и долговечность).
- CdTe: $E_g\approx 1.45\text{эВ}$ (лучше близко к оптимуму → выше $V_{oc}$ при прочих равных).
Вывод: если важна стоимость и долговечность — n‑Si; если критична температура и КПД при высокой $V_{oc}$ — рассмотреть CdTe/CIGS/мульти‑слои.
2) Тип перехода и структура
- Однослойный p–n (обычно в дешёвых модулях) уступает по КПД структурам с пассивацией и гетеропереходам.
- Heterojunction (HJT) и TOPCon дают лучшую поверхностную пассивацию и меньшие потери рекомбинации → выше $V_{oc}$, лучшая работа при слабом освещении и меньший температурный коэффициент.
- Бифэйшл и тонкоплёночные «многослойные» решения полезны в умеренном климате (отражённый свет, холодные зимы).
3) Рекомбинационные механизмы и их влияние
- SRH‑рекомбинация (дефект-зависимая) в объёме и на поверхности — обычно ограничивающий фактор для кремния. Требует глубокой очистки, контроля дефектов и пассивации (SiO2, Al2O3, SiNx, a‑Si i‑слой в HJT).
- Поверхностная рекомбинация характеризуется скоростью $S$; эффективность растёт при уменьшении $S$.
- Auger‑рекомбинация важна при высокой инжекции/высоком легировании: увеличивает потери при больших токах и сильном освещении. Уменьшается низким легированием и оптимизацией эмиттера.
- Радиативная рекомбинация обычно неограничивающий фактор для Si (важна для III–V).
Практически: минимизируйте SRH и поверхностную рекомбинацию — ключ к высокой долговечности и КПД.
4) Температурная зависимость
- Основной эффект: с ростом температуры $V_{oc}$ падает (а $I_{sc}$ слегка растёт), поэтому КПД уменьшается. Приближённо:
$$V_{oc}\approx \frac{kT}{q}\ln \left(\frac{J_{sc}}{J_0}+1\right),$$ где $J_0$ сильно зависит от $E_g$ и $T$: $J_0\propto T^3\exp \left(-\frac{E_g}{kT}\right).$ - Типичный температурный коэффициент мощности: для к‑Si $\approx -0.3\%÷-0.45\%/{}^{\circ }\mathrm{C}$, для HJT и CdTe — лучше (меньше по модулю), например около $-0.2\%/{}^{\circ }\mathrm{C}$.
Вывод: в умеренном климате с частой сменой температур выгодны материалы/структуры с меньшим по модулю температурным коэффициентом (HJT, CdTe).
5) Долговечность — практические рекомендации
- Выбирайте n‑тип Si (нет LID, лучше сроки службы) и пассивированные структуры (HJT, TOPCon, PERC как компромисс).
- Модули glass–glass, POE‑инкапсуляция лучше защищают от влаги/пожара и PID, чем EVA/бэк‑пластик.
- Минимизируйте механические и термические напряжения: согласование коэффициентов термического расширения, качественное шинопроводящее соединение, антикоррозийные рамки.
- Контроль дефектов и низкое легирование эмиттера уменьшают Auger и повышают долговечность.
6) Итоговая практическая рекомендация для умеренного климата
- Лучшее соотношение КПД/долговечность/стоимость: n‑type монокристаллический Si с пассивацией типа HJT или TOPCon; при ограниченном бюджете — качественный PERC на p‑Si.
- Если приоритет — максимальная температура‑стабильность и более высокий $V_{oc}$, рассмотреть CdTe или оптимизированный CIGS (учитывайте токсичность, поставки и долговечность).
- Всегда комбинируйте с хорошей пассивацией, правильной инкапсуляцией (POE, glass–glass) и защитой от PID.
Если нужно, могу кратко сравнить конкретные варианты (n‑Si HJT vs TOPCon vs CdTe) по КПД, температурному коэффициенту и ожидаемому сроку службы.