УДК 621.382.8

Термоэлектронное преобразование солнечной энергии с использованием гетероструктурного катода

Термоэлектронное преобразование солнечной энергии с использованием гетероструктурного катода
©Исманов Ю. Х., ORCID: 0000-0001-8176-2602, SPIN-код: 1183-7001, д-р. физ.-мат. наук, Киргизский государственный университет строительства, транспорта и архитектуры им. Н. Исанова, г. Бишкек, Кыргызстан, i_yusupjan@mail.ru
©Ниязов Н. Т., SPIN-код: 1534-3805, Институт физики им. акад. Ж. Жеенбаева НАН Киргизской Республики, г. Бишкек, Кыргызстан, nurniyaz@mail.ru
©Джаманкызов Н. К., SPIN-код: 1471-6954, д-р физ.-мат. наук, Институт физики им. акад. Ж. Жеенбаева НАН Киргизской Республики, г. Бишкек, Кыргызстан, nasip49@gmail.com
©Жумалиев К. М., SPIN-код: 6579-1960, д-р техн. наук, акад. НАН Киргизской Республики, Институт физики им. акад. Ж. Жеенбаева НАН Киргизской Республики, г. Бишкек, Кыргызстан, jkm1956@mail.ru

Аннотация. В статье проведен теоретический анализ особенностей работы термоэлектронного преобразователя солнечной энергии с использованием гетероструктурного катода. Рассмотрена гетероструктура, в которую введены оконный слой с достаточно широкой запрещенной зоной и поглощающий слой, ширина запрещенной зоны которой остается постоянной. Это позволяет сильно снизить рекомбинационные потери на поверхности контакта. Однако, наличие широкой запрещенной зоны в оконном слое приводит к возникновению барьера для формирующихся фотоэлектронов, а это, в свою очередь, приводит к потерям при преобразовании энергии, так как фотоны с энергией меньшей ширины запрещенной зоны перестает работать на превращение энергии. Т. е. в электрическую энергию будет превращаться только часть энергии Солнца — работает только часть спектра солнечного излучения. Показано, что преодолеть этот недостаток можно создав градиент ширины запрещенной зоны. Такой градиент позволяет создать обратное внутреннее поле, снижающее высоту барьера на поверхности контакта, что повышает выход фотоэлектронов и, в конечном счете, общий коэффициент преобразования термоэлектронного преобразователя. Получены теоретические значения для тока выхода и коэффициента преобразования термоэлектронного преобразователя солнечной энергии, имеющего гетероструктурный катод.

Ключевые слова: термоэлектронный преобразователь, солнечная энергия, гетероструктурный катод, оконный слой, запрещенная зона, коэффициент преобразования.

Thermoelectronic Conversion of Solar Energy Using a Heterostructural Cathode
©Ismanov Yu., ORCID: 0000-0001-8176-2602, SPIN-code: 1183-7001, Dr. habil., Kyrgyz State University of Construction, Transportation and Architecture named after N. Isanov, Bishkek, Kyrgyzstan, i_yusupjan@mail.ru
©Niyazov N., SPIN-code: 1534-3805, Institute of Physics of the National Academy of Sciences of the Kyrgyz Republic, Bishkek, Kyrgyzstan, nurniyaz@mail.ru
©Dzhamankyzov N., SPIN-code: 1471-6954, Dr. habil., Institute of Physics of the National Academy of Sciences of the Kyrgyz Republic, Bishkek, Kyrgyzstan, nasip49@gmail.com
©Zhumaliev K., SPIN-code: 6579-1960, Dr. habil., Academician of the National Academy of Sciences of the Kyrgyz Republic, Institute of Physics of the National Academy of Sciences of the Kyrgyz Republic, Bishkek, Kyrgyzstan, jkm1956@mail.ru

Abstract. The article presents a theoretical analysis of the features of the operation of a thermionic solar energy converter using a heterostructure cathode. A heterostructure is considered, into which a window layer with a sufficiently wide band gap and an absorbing layer, the band gap of which remains constant, are introduced. This makes it possible to greatly reduce the recombination losses at the contact surface. However, the presence of a wide band gap in the window layer leads to the emergence of a barrier for the forming photoelectrons, and this, in turn, leads to losses during energy conversion, since photons with energies less than the band gap stop working for energy conversion. That is, only part of the Sun’s energy will be converted into electrical energy — only part of the solar radiation spectrum is working. It is shown that this drawback can be overcome by creating a gradient of the band gap. This gradient makes it possible to create a reverse internal field, which reduces the height of the barrier at the contact surface, which increases the photoelectron yield and, ultimately, the overall conversion factor of the thermionic converter. Theoretical values are obtained for the output current and the conversion factor of a thermionic solar energy converter with a heterostructure cathode.

Keywords: thermionic converter, solar energy, heterostructure cathode, window layer, band gap, conversion factor.

Ссылка для цитирования:

Исманов Ю. Х., Ниязов Н. Т., Джаманкызов Н. К., Жумалиев К. М. Термоэлектронное преобразование солнечной энергии с использованием гетероструктурного катода // Бюллетень науки и практики. 2020. Т. 6. №9. С. 211-221. https://doi.org/10.33619/2414-2948/58/21

Cite as (APA):

Ismanov, Yu., Niyazov, N., Dzhamankyzov, N., & Zhumaliev, K. (2020). Thermoelectronic Conversion of Solar Energy Using a Heterostructural Cathode. Bulletin of Science and Practice, 6(9), 211-221. (in Russian). https://doi.org/10.33619/2414-2948/58/21

© 2015–20 Издательский центр НАУКА И ПРАКТИКА. Сайт создан на Wix.com

  • Facebook Social Icon
  • Twitter Social Icon