1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Разброс значений толщины пленки, состоящей из крупных ориентированных зерен, вероятно, будет намного более существенным. Множество структурных дефектов, содержащихся в микрополикристаллических и аморфных диэлектрических пленках, а также нестехиометричность и неоднородность их состава обусловливают высокую концентрацию ловушек, распределенных в запрещенной зоне (которая у материалов такого типа имеет большую ширину). Количество исследований, посвященных изучению этих явлений, невелико, однако значения концентрации ловушек от 10'а до 10" см-' можно считать установленными достаточно надежно, а их учет позволяет объяснить резкое уменьшение плотности туннельного тока. Поверхностные состояния способствуют накоплению заряда и играют роль рекомбинационных центров; кроме того, при их участии происходит туннелирование носителей.
Наконец, следует отметить, что при рассмотрении процесса переноса горячих электронов в тонком диэлектрическом слое необходимо учитывать потери энергии, связанные с генерацией оптических фононов (см. [254)). Вследствие этого эффекта значительно усиливается электрон-электронное рассеяние. 3.5.2 Оптические свойства Как диэлектрические свойства, так и оптические постоянные диэлектрических пленок зависят от особенностей их микроструктуры (см. рис. 3.39). Поскольку микрополикристаллическне пленки и соответствующие массивные образцы имеют одинаковый ближний порядок структуры, они не отличаются и по ширине запрещенной зоны.
Однако из-за наличия в пленках структурных дефектов и механических напряжений края их энергетических зон могут быть размыты. Глава 4 СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ОСНОВЕ СУЛЬФИДА МЕДИ 4.! Введение Сульфид меди Си,5 обладает чрезвычайно благоприятными свойствами, позволяющими использовать его в фотоэлектрических преобразователях энергии, причем наиболее удачными являются его сочетания с С65 и 7пСг(5.
Природные запасы химических элементов, входящих в состав Сид5 и СдБ, довольно велики, поэтому неудивительно, что среди различных типов тонкопленочных фотоэлектрических преобразователей наиболее широко исследованы солнечные элементы с гетеропереходом Сиз5 — С65 (1 — 5]. Результатом проведенных разработок явилось создание тонкопленочных солнечных элементов со структурой Сиза — С65, имеющих КПД 9,15% (6], и элементов на основе СизБ — ХпС65 с КПД 10,2 з/а (7].
Теоретический анализ показал, что для тонкопленочных фотоэлектрических преобразователей типа Сп25 — СЙЯ и Спз5 — ХпСд5 реально достижимы значения КПД 11% и 14...15% соответственно (8, 9]. Первые сообщения о солнечных элементах на основе Сиз5— Сд5 появились более четверти века назад.
В 1954 г. Рейнольдс и др. 11О] после проведения термообработки медных контактов к СдЯ впервые обнаружили в данной структуре фотоэффект при энергиях фотонов, меньших ширины запрещенной зоны С65. На начальном этапе изучение солнечных элементов на основе Си,5 — Сд5 осуществлялось исследовательскими группами фирм Нага(та~ч, С!еч!1е, АЙ!., мСА и Станфордского университета (США), а также фирм ЯАТ (Франция), АЕСт — Те!е(пп(сеп (ФРГ) и 1КП (Великобритания). На этом этапе был разработан ряд методов изготовления тонкопленочных солнечных элементов, а уровень технологии, достигнутый к концу 60-х— началу 70-х годов, обеспечил получение элементов малой площади с КПД 7 % при низкой воспроизводимости их характеристик.
Типичные значения КПД крупных солнечных элементов составляли 3...4 а/з. В ходе исследований возникло не- Солнечные элементы нв основе сулвфидв меди 221 сколько проблем, связанных с процессом изготовления и эксплуатацией солнечных элементов, которые в то время решить не удавалось. К их числу относились необратимое ухудшение выходных параметров элементов, низкое напряжение холостого хода, невоспроизводимость состава слоя Сп,5 и отсутствие надежной герметизации.
Разработки проводились в основном на эмпирической основе при недостаточно глубоком понимании процессов, происходящих в солнечных элементах. Таким образом, данный этап характеризуется невысоким уровнем как теоретических исследований, так и практических результатов. В 70-е годы работы по созданию тонкопленочных элементов со структурой Спэ5 — СЙЬ выполнялись главным образом в университете шт. Делавэр, Штуттгартском и Станфордском университетах, в лабораториях Р(1о(оп Ров ег (США), СК)сЬ (Франция) и лаборатории тонких пленок Индийского технологического института (г. Дели).
Новый этап исследований отмечен созданием высокоэффективных солнечных элементов, изготовлением модулей и панелей элементов, разработкой метода осаждения пленок посредством пульверизации раствора с последующим пиролизом, значительным повышением стабильности элементов и достижением воспроизводимости их характеристик. В результате проведенных исследований и разработок были модифицированы и усовершенствованы ранее применявшиеся методы изготовления, а также повышено качество используемых материалов. Эмпирические поиски путей усовершенствования технологических процессов уступили место более целенаправленным и согласованным действиям, основанным на большом количестве теоретических исследований элементов, включающих анализ причин их выхода из строя, а также выявление и устранение источников потерь излучения и носителей заряда.
Установлено, что генерация фототока происходит в основном в слое Спэб, и после признания важной роли этого слоя солнечные элементы такого типа, известные под названием элементов на основе Сс(5, было предложено переименовать в элементы на основе СпвВ. Для объяснения особенностей характеристик солнечных элементов разработано несколько теоретических моделей, базирующихся на данных о физических, электронных и оптоэлектронных свойствах элементов. Солнечные элементы с гетеропереходом Сц,5 — СдЬ привлекают внимание благодаря реальной возможности их широкого применения в качестве наземных фотоэлектрических преобразователей энергии; кроме того, изучение свойств гетероперехода представляет значительный научный интерес.
В структуре Спэб — Сс(Я наблюдается ряд эффектов и явлений, которые характерны для неидеальных гетеропереходов и вызваны несоответствием параметров кристаллических решеток и энергий сродства к электрону указанных материалов, наличием глубоких ло- ггг Глава 4 вушечных уровней, а также существованием зависимости напряженности электрического поля в переходе от напряжения смещения и длины волны падающего света. Поэтому солнечные элементы со структурой Спг8 — СЙЗ можно рассматривать как удобный обьект для исследования явлений, происходящих в гетеропереходах. Действительно, основная часть современных научных представлений о тонкопленочных фотоэлектрических приборах с гетеропереходом основана на тех знаниях, которые накоплены при изучении элементов со структурой Сц,8 — С68. Еше одна особенность этих солнечных элементов состоит в том, что они являются, по-видимому, единственным типом фотоэлектрических преобразователей, которые в тонкопленочном исполнении обладают более высоким КПД (9...10 а/а), чем аналогичные монокристаллические элементы (7.
8 '/а) [9]. Результаты исследований солнечных элементов со структурой Си~Я вЂ” Сг(Б, проводившихся в течение многих лет, отражены в большом количестве публикаций и недавно представлены рядом авторов в виде обзоров [2 — 4]. Для ознакомления с наиболее ранними разработками в этой области можно рекомендовать обзор Стэнли [2], в который включены все литературные данные, опубликованные до 1975 г.
Однако значительная часть информации, относящейся к этому периоду, устарела, и ее необходимо дополнить новыми сведениями, полученными в ходе активных исследований на протяжении последних нескольких лет. В этой главе будут обсуждаться только наиболее современные данные о состоянии разработок тонкопленочных солнечных элементов со структурой Сц,Б — СЖ 4.2 Методы изготовления Тонкопленочные солнечные элементы на основе Сцв8 — Сс(8 и СпвЯ вЂ” Уп,Сс(Г-*В в настоящее время изготовляют различными методами, в том числе испарением в сочетании с окунанием [6, 8, 11 — 13], испарением в сочетании с реакцией замещения в твердой фазе [14 — 22], исключительно испарением [23], пульверизацией с последующим пиролизом в сочетании с окунанием [19, 24 — 29], только пульверизацией с последующим пиролизом [30], ионным распылением в сочетании с реакцией замещения (при проведении мокрого или сухого химического процесса) [31 — 34], последовательным осаждением слоев с помощью ионного распыления [31, ЗЗ], посредством трафаретной печати в сочетании с химическим осаждением из раствора [35], с помощью электрофореза в сочетании либо с реакцией замещения (при проведении мокрого или сухого процесса), либо с вакуумным испарением [36], В лаборатории авторов для создания солнеч- Солнечные»лементы на основе сулсфида меди 223 Осйеасенае — Стенка т 'Г -С -РЬ йп„се, »5 А УС са 3 е ных элементов такого типа в поверхностном слое пленки С4В, нанесенной методом испарения нли пульверизации с последующим пиролизом, осуществляют электрохимическую реакцию замещения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
