1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Наиболее совершенные тонкопленочные солнечные элементы со структурой СпвЬ вЂ” Еп„Сде,8 получают методом испарения в сочетании с окунанием или реакцией замещения в твердой фазе, а также посредством ионного распыления с последующим окунанием. Методы изготовления элементов рассмотрены более подробно в равд. 4.2.2, и 4.2.3. Сппекпа гп,сйь,э пА9 ! з.с, —, сап э Осйеаеенне Наинай нанмакеп аа серейрянай пымн ,-С65 Верыай паненки аа А 4.2.1 Конструкции элементов Рис. 4Д. Схемы конструкций тонкопленочны х солнечных элементов на основе СцеБ— Сйо: а — фро нтально-барьерная, б — тыльно-барьерная, е — с обратным расположеееием слоев. Существуют две основные конструкции тонкопленочных солнечных элементов на основе СнеЬ— Стекаянная пайка»на С45: фронтально-барьерная и тыльно-барьерная.
При работе фрон- Осйеасенае тально-барьер ных элементов па- й дающий свет первоначально поступает в поглощающий слой Сня$, тогда как тыльно-барьерные элементы освещаются со стороны слоя оптического окна (С45 или Еп„Сбе 8). Если тыльный контакт обладает высокой отражательной способностью, то свет, претерпевая многократное отражение, может несколько раз проходить через элемент.
К названию, характеризующему конструкцию элемента, добавляются в этом случае слова «с отражающим контактом», например «солнечные элементы фронтально-барьерной конструкции с отражающим контактом». Высокоэффективные солнечные элементы как фронтально-, так и тыльно-барьерной конструкции обычно имеют отражающую тыльную поверхность, причем ее коэффициент отражения и толщина слоя Спеб, а также любые параметры технологического процесса, влияющие на эти две величины, в значительной мере определяют выходные характеристики элементов [81. Схема типичного фронтально-барьерного солнечного элемента с отражающим контактом на основе СпйЯ вЂ” СбВ приведена на рис.
4.1,а, а поперечное сечение тыльно-барьерного элемента Глава 4 с отражающим контактом изображено на рис. 4.!,б. При изготовлении фронтально-барьерных тонкопленочных элементов со структурой Сиз8 — Сд5 слой Сд5, как правило, наносят вакуумным испарением; тыльно-барьсрные элементы создают методом пульверизации с последующим пиролизом. Однако вакуумное испарение применяют и для изготовления тыльно-барьерных элементов [18, 371 С помощью ионного распыления или при использовании только вакуумного испарения обычно получают фронтально-барьерные элементы.
Преимущество тыльно-барьерных солнечных элементов перед фронтально-барьерными состоит в том, что их тыльный металлический контакт служит одновременно и защитным покрытием, благодаря чему не требуется сложной системы герметизации. Дас и др. [15] разработали фронтально-барьерные элементы новой конструкции, в которой предусмотрена защита слоя Сиз5 от воздействия внешней среды.
Структура такого элемента показана на рис. 4.1,в. При его изготовлении на поверхность слоя Сцз5, осажденного на стеклянную подложку (с предварительно созданной контактной сеткой), наносят слои С68 и металла, обеспечивающие герметичность конструкции. В тонкопленочных солнечных элементах на основе Сиз5 успешно применяются различные виды подложек. Фронтально- барьерные элементы создают на подложках из каптона и, покрытых слоем Хп (38], из меди со слоем Хп, получаемым электролитическим методом [6 — 8, !3], из кварца со слоем Сйз5п04 (37], из стекла с предварительно нанесенными слоями Сг — Ад [11, 12], Сг — РЬ (19], Сг — Ан [31], Ад [32] и ХЬ (33, 34], из полиамидных пленок с электролитически осажденными Ре и Ац (36], а также на подложках из железа [36]. При изготовлении тыльно-барьерных элементов используют стеклянные подложки со слоями из 5пО„[22, 36], 5пОю легированного сурьмой (18, 19], 5пОз — 5ЬзОз (32], ХпО (39] и 1ТО [39, 41], кроме того, применяют кварцевые подложки с покрытием из Сбз5п04 (37].
Наиболее высокие характеристики имеют фронтально-барьерные солнечные элементы с отражающим контактом, создаваемые на медных подложках с покрытием из цинка [6 — 8]. 4.2.2 Элементы, получаемые вакуумным испарением Процесс изготовления высокоэффективных солнечных элементов (8], у которых слой СдБ получают с помощью вакуумного испарения, а слой Сцз5 — посредством окунания, состоит из следующих технологических операций. На поверхность гибкой подложки из медной фольги толщиной около 35 мкм мето- н Квиток — фирменное название выпускаемых в США полиимидных пленок, облздзющнх высокой термостойкостью, большой механической прочностью и хорошими злектроизолипионными свойствами.
— Прим. перев. '225 Солнечные элементы нв основе сульфидв меди дом электролитического осаждения наносят пленку цинка толщиной около 80 нм, причем для осаждения Хп выбирают ту сторону подложки, которая обладает наиболее грубым поверхностным рельефом (с размером неровностей 8...10 мкм). Пленка Лп служит омическим контактом к создаваемому затем слою Сд5, а также препятствует взаимодействию вещества подложки с молекулами 39, приводящему к образованию Сц,5 в процессе испарения С65.
Помимо этого в результате взаимной диффузии Хп и Сп при осаждении Сс!5 формируется высокоотражающий слой латуни с низким содержанием цинка. На медную подложку с пленкой Хп, нагреваемую излучением примерно до 220 'С, наносят слой Сд5 и-типа толщиной 30 мкм с ориентированной столбчатой структурой (ось с перпендикулярна плоскости подложки) и удельным сопротивлением 1...!О Ом см. Графитовый испаритель, имеющий форму баллона и заполненный порошкообразным сульфидом кадмия (см.
разд, 2.2.1.4) ", поддерживается при температуре около 1000 'С. Скорость осаждения Сс)5 равна 1...2 мкм!мин, Размер зерен в поликристаллическом слое С65 составляет -5 мкм. Затем при окунании образца в раствор, содержащий ионы меди, в котором на ! л Н90 приходятся 2 г КаС! и 6 г СпС1 (рН=3...4), в результате реакции замещения, протекающей при 90 'С, на поверхности СЮ образуется пленка Сп98 толщиной 30 нм. Перед окунанием поверхность слоя Сс!5 подвергают химическому травлению в 50 979-ном растворе НС! при температуре 60'С в течение 2 с, в результате чего поверхность становится текстурированной, с равномерно распределенными выступами пирамидальной формы, наличие которых способствует дополнительному поглощению света.
Последующая термообработка образцов со структурой Сц95 — Сс(5 в восстановительной атмосфере, обычно осуществляемая в присутствии СО при температуре 170 'С в течение 16 ч, необходима для улучшения стехиометрии Сц95, дальнейшего роста слоя латуни на границе раздела Хп — Сп, ослабляющего поглощение света подложкой, и возникновения электрического поля электронно-дь1рочного перехода в слое Сд5. Затем на поверхность СияЬ посредством вакуумного испарения золота наносится контактная сетка толщиной 2... 4 мкм с плотностью полос 32 см-', пропускающая к поверхности элемента 95 979 падающего излучения, Заключительной технологической операцией является осаждеиие на рабочую поверхность прибора методом вакуумного испарения просветляющего покрытия из 51О толщиной 70 нм.
Благодаря этому покрытию и влиянию поверхностного рельефа пленки Сс(5 и медной подложки, а также вследствие низкой степени затенения освещаемой поверхности '1 В равд. 2.2.1.4 авторы описывают аналогичный процесс с примеиеииеы кварцевого испарителя. — Прим. перев. 3 Заказ № 1939 226 Глава 4 контактной сеткой данная структура обладает высокими оптическими характеристиками и обеспечивает прохождение в элемент около 92 о/о солнечного излучения. Седон н др.
[!3) использовали по существу аналогичный способ изготовления элементов с тем лишь отличием, что медная контактная сетка с электролитически осажденным слоем золота соединялась с поверхностью слоя Спа5 посредством механической прокатки и небольшого вдавливания, а термообработка представляла собой двухминутный прогрев образца в сушильной печи при температуре 250 'С в циркулирующем потоке воздуха. Арндт и др.
[11, 12) с помощью такого же метода формирования перехода получили (на стеклянных подложках с покрытием из Сг — Ад) стабильные тонкопленочные солнечные элементы на основе Сиа5 — СдЯ большой площади (7Х7 см'), КГ1Д которых в условиях АМ!п составил 7,1 о(о. Контактная сетка создавалась непосредственно на стеклянной пластине, которая на заключительном этапе изготовления элемента крепилась методом прокатки к слою Спа5 и служила герметизирующим покрытием.
Обработка образцов после формирования перехода состояла в нанесении на поверхность Спа5 вакуумным испарением тонкого слоя Сп (толщиной 5...10 нм) нли в выдержке нх в тлеющем разряде, возбуждаемом в водороде, с последующей термообработкой в течение нескольких минут на воздухе или в кислородсодержащей атмосфере при температуре около 220'С. Бхат и др. [18[, а также Банерджи и др. [19) установили, что для улучшения характеристик элементов на основе Спа5 — Сг)5, получаемых с использованием химической реакции замещения в твердой фазе, необходима термообработка при температуре около 200 'С продолжительностью 5 мнн в условиях вакуума при давлении — 13 Па. Процесс изготовления солнечных элементов со структурой Сца5 — Хп„Сс(,,5 [7) не отличается от рассмотренного ранее, за исключением того, что методом вакуумного испарения с применением графитового источника, состоягцего нз двух коаксиально расположенных нспарнтелсй, вместо Сг(Ь осаждают Хп„Сг), „8 (см.
разд. 2.2.1.4). Средний размер зерен в пленках Хп,Сг(г „8 прн 0,1 <х (0,2 составляет — 2 мкм. Тонкопленочные элементы о Спектральный состав солиечпого излучения и его интенсивность иа поверхиости Земли меняются в зависимости от длины оптического пути световых лучей в атмосфере. Длина этого пути характеризуется величиной, называемой оптической атмосферной массой гп, которая связана с углом О между иаправлеинем иа Солнце и прямой, прохоцягцей через зенит, зависимостью гп= 1Гсоз О.
Если Солнце находится в зените, то оптическая атмосфериая масса равна елииице (условия АМ1), при его удалении от зенита атмосферная масса возрастает. В СССР и странах СЭВ в качестве станлартцых условий при измерении параметров солнечных элемеитов приняты АМ1, АМ1Д и АМО (спектр солнечного излучеиия за пределами атмосферы при нулевой атмосферной массе). — Прим перев. Солнечные элементы не основе стльфнде меди на основе Сцт5 — Еп„Сс(~ 5 с просветляющим покрытием из Та,Ов толщиной 70 нм после термообработки в струе водорода при температуре 170'С имеют КПД 10 %. В том случае, когда пленки Хп,Сс(1 5 получают с помощью одного нспарителя [19, 40], солнечные элементы обладают более низким КПД.
4.2.3 Элементы, получаемые методом пульверизации с последующим пиролизом Процесс изготовления тыльно-барьерных солнечных элементов на основе Снт5 — СЙЗ [!9, 26) начинается с нанесения (на химически чистую стеклянную подложку при температуре -400...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
