Схема лицевых контактов

И последовательное и параллельное сопротивления уменьшают коэффициент квадратичности и КПД СЭ. Вредное параллельное сопротивление является скорее дефектом производства, нежели недостатком проектирования. В то же время последовательное сопротивление, зависящее от расположения лицевых контактов и сопротивления эмиттера, должно быть тщательно спроектировано для каждого вида СЭ для того, чтобы увеличить КПД.

Последовательное сопротивление СЭ состоит из нескольких компонент, которые показаны на изображении ниже. Основной вклад в сопротивление вносят сопротивление эмиттера и лицевых контактов (состоящего из сопротивлений шины и пальцев).

Составляющие сопротивления и направления токов в СЭ

Лицевые контакты нужны для того, чтобы собирать ток, сгенерированный СЭ. Шина напрямую соединена с внешними выводами, тогда как пальцы представляют собой тонкие металлизированные области, необходимые для подведения тока к шине. При создании лицевых контактов существует компромисс между потерями на сопротивление в следствие большего расстояния между пальцами и увеличением отражения от металла.

Лицевые контакты СЭ. Шина соединяет все пальцы и ведет сгенерированный ток к внешним электрическим контактам

Предполагается, что сопротивление и ток в базе постоянны. Сопротивление в объеме СЭ или «объемное сопротивление», Rb, определяется, как

где

• l — толщина базы 
• ρb — удельное сопротивление материала базы (величина, обратная проводимости) 0.5 — 5.0 Ом см для обычного кремниевого СЭ 
• A — площадь СЭ 
• w — ширина области базы СЭ
• 
  

где
ρ — удельное сопротивление слоя
t — толщина слоя

Обычно поверхностное сопротивление выражается в Ом на квадрат. Сопротивление квадратного проводящего слоя одинаково независимо от его размеров, так как он все равно остается квадратным.

Для неоднородно легированного n-слоя поверхностное сопротивление также неоднородно и записывается, как:

Поверхностное сопротивление эмиттера обычно измеряется четырехконтактным методом.

Модель течения токов от точки генерации до внешних контактов в СЭ. Обычно эмиттер гораздо уже, чем показано на изображении

 Дифференциальную потерю мощности на расстоянии dy можно записать, как

Дифференциальное сопротивление это

где 

• ρ - поверхностное сопротивление в Ом/квадрат
• b - расстояние вдоль пальцевого контакта 
• y - расстояние между двумя пальцевыми контактами, как показано ниже 

Величины, необходимые для расчета мощности, теряемой на поперечном сопротивлении поверхностного слоя 

Ток также зависит от y и I(y) - это попечерный ток, равный нулю на середине между контактами, линейно увеличивается и принимает максимальное значение, достигнув контакта при постоянном освещении. Уравнение этого тока можно записать так: 

где 

• J - плотность тока 
• b - расстояние вдоль пальцевого контакта 
• y - расстояние между двумя пальцевыми контактами, как показано выше. 

Отсюда полная потеря мощности равна: 

где 

S - это расстояние между пальцевыми контактами. 

В точке максимальной мощности, вырабатываемая мощность равна 

Тогда процентное соотношение между теряемой и вырабатываемой мощностью будет равно 

С помощью этого уравнения можно рассчитать оптимальное минимальное расстояние между поверхностными контактами. Например, для типичного СЭ с ρ= 40 Ом /, Jmp = 30 мA/cм2, Vmp = 450 мВ, чтобы терять не более 4% энергии необходимо нанести контакты через каждые 4мм.

Область потери энергии на сопротивлении контакта между полупроводником и металлом

В коммерческих СЭ, выполненных по технологии трафаретной печати, контактное сопротивление различно для разных областей СЭ. Физика вжигания серебряной пасты довольно сложна. Небольшие вариации топологии поверхности, локальные перегревы, возникающие в ходе этого процесса, приводят к различным свойствам контактов между серебром и кремнием.

Сканирование большой площади трафаретного СЭ. Из-за неоптимизированных условий производства, некоторые части элемента имеют большое контактное сопротивление

Расчет потерь мощности в одной контакте. Ширина считается постоянной. Также предполагается, что ток генерируется равномерно и втекает в контакт перпендикулярно ему, то есть нет тока, которые втекает прямо в шину.

Сопротивления элемента dx равно: 

где wf — ширина контакта, df — толщина (или высота) контакта, и ρf — действующее удельное сопротивление металла.

Потеря мощности в элементе dx равна:

Интегрируя от 0 до L получим потерю мощности во всем контакте:

Схема металлической сетки

При проектировании лицевых контактов учитывается не только необходимость минимизации сопротивления пальцевых контактов и шины, а общее снижение потерь, связанное с лицевыми контактами. Сюда входит потери на сопротивлении эмиттера, металлических контактах и потери из-за затенения. Основными параметрами лицевой поверхности, определяющими величину потерь, являются расстояние между пальцевыми контактами и контактами шины, отношение высота-ширина металлических контактов, минимальная длина контакта и удельное сопротивление металла. Эти параметры показаны ниже:

Основные характеристики контактной схемы верхней поверхности.

• оптимальная ширина шины, WB, достигается, когда потери на сопротивлении равны потери при затенении;
• потери мощности на конических контактах меньше, чем на прямоугольных контактах. 
• чем меньше СЭ, тем меньше ширина контактов, WF, тем меньше расстояние между контактами, S, тем меньше потери мощности.