1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Считается, что под влиянием термообработки происходит повышение концентрации глубоких уровней, а не расширение области пространственного заряда. Увеличение количества глубоких уровней приводит к более сильной компенсации мелких примесных уровней и, следовательно, к понижению йтр*. В этом случае в процессе уменьшения напряжения смещения свободные носители заряда должны покинуть более значительную часть слоя СЙБ, прежде чем начнется ионизация глубоких уровней, что и является причиной расширения обедненного слоя. В рамках данной модели особенности емкостных характеристик освещенных элементов объясняются влиянием процесса 252 Глава 4 иоиизации глубоких уровней.
Однако следует иметь в. виду, что под действием света может происходить ионизация значительно более глубоких уровней. При освещении элементов ионизироваиные глубокие уровни обеспечивают дополнительный объемный заряд, способствующий поддержанию разности потенциалов на переходе, что приводит к уменьшению ширины области пространственного заряда, создаваемого мелкими донорными уровнями, и увеличению измеряемых значений емкости. Характерные черты спектральной зависимости емкости (см.
рис. 4.10) н, в частности, эффекты ее спада и резкого возрастания связаны с ионизацией глубоких уровней и обратным процессом — захватом носителей, которые происходят при воздействии излучения с р~зной длиной волньь 4.4.5 Анализ вольт-амперных характеристик Дас и др. [74] исследовали влияние температуры на вольтамперные характеристики тонкопленочных солнечных элементов со структурой Сит5 — С|!5, изготовляемых методом вакуумного испарения в сочетании с химической реакцией в твердой фазе, и установили, что на графиках зависимости !д('У'+Ус! от т' при всех рассмотренных значениях температуры отчетливо видны два участка с различным наклоном, При повышенных напряжениях данная зависимость характеризуется диодным коэффициентом п=1, тогда как области пониженных напряжений соответствует п=2.
Высота барьера, найденная расчетным путем для диода с п=! при наличии рекомбинации на границе раздела,составляет 0,98 эВ, а плотность тока насыщения У, равна — 7 10 ' мА/см'. Для величины У|е получено значение -8 10' мА/смт, и с помощью соотношения У„=|/Л',5| ГЮ,— эффективная плотность состояний в зоне проводимости С|(8, 5|— скорость рекомбинации на границе раздела) вычислено значение 5|, составившее -2 10'см/с, При низких напряжениях преобладает рекомбинационно-генерационный механизм протекания тока в обедненном слое. Согласно результатам Мартинуцци и Маллема [80), в солнечных элементах, создаваемых методом вакуумного испарения в сочетании с мокрым процессом, для плотностей темпового прямого Уу и обратного У„токов справедливы соотношения /|=С,ваЯ)У+уТ) и У„= — СРвва[ — 2.(то — 1~) '| ).
Здесь С вЂ” постоянная величина, (5 н у — параметры, практически не зависящие соответственно от температуры Т и напряжения )г, а )| представляет собой функцию Т. Наличие экспоненциальной зависимости У| и У„от Т, линейный характер изменения 1пУ„пРи ваРиациЯх ("т'в — $'У н', а также сУществование слабо выраженной зависимости величины |У(1п/т)/с(Р от Т позволяют предположить, что реализуется процесс многоступенчатого тун|велироваиия носителей, причем число совершаемых ими тун- Солнечные элементы на основе сульфида меди нельных переходов при протекании прямого тока составляет 50...
80, а при прохождении обратного тока — 10э... 5 ° 10'. Хэлли и Филлнпс [60) измерили зависимость напряжения холостого хода элементов, изготовленных таким же способом, от интенсивности излучения и исследовали влияние температуры на их вольт-амперные характеристики. Авторы установили, что существуют два механизма протекания тока, которым отвечают значения диодного коэффициента п=1 (в области высоких напряжений) и п=2 (в области низких напряжений). Все высокоэффективные солнечные элементы и элементы, облучаемые световым потоком интенсивностью 1О... 100 мВт!см', имеют диодный коэффициент, равный единице. При более низких уровнях интенсивности излучения диодный коэффициент принимает значение а=2, и вследствие этого уменьшается коэффициент заполнения вольт-амперной характеристики. При и=! плотность обратного тока насыщения У, связана с температурой экспоненциальной зависимостью, анализ которой показывает, что высота барьера в области перехода примерно равна 0,9 эВ.
В элементах с диодным коэффициентом п=2 высота барьера составляет около 0,4 эВ. Для тонкопленочных солнечных элементов, создаваемых методом вакуумного испарения в сочетании с мокрым процессом, Сторти и Кулик [78) получили значения высоты барьера в интервале 0,86... 0,94 эВ при 7,в — — 3,2 ° 10'...3,7 ° !Ов мА/см'.
При исследовании элементов, изготовленных методом пульверизации с последующим пиролизом, Дас и др. [74) обнаружили существование в области температур 300... 333 К двух механизмов протекания тока и установили, что значениям и=! и Уэ=10 — в мА/см' соответствует высота барьера 0,86 эВ. Аналогичные результаты получил Сингх [29), сообщавший о том, что на гРафике зависимости !д(7+Ус) от )У можно выделить два линейных участка, причем при высоких напряжениях угол наклона прямой практически не зависит от температуры, а в области низких напряжений он слабо меняется при вариациях температуры.
Граничное напряжение, разделяющее эти две области, определяется температурой элемента, однако во всех случаях оно оказывается более низким по сравнению с напряжением, отвечающим максимальной мощности. При наличии освещения и температурах — 66... +25'С протекание прямого тока обусловлено в основном многоступенчатым туннельно-рекомбинационным процессом. Изучая вольт-амперные характеристики тонкопленочных солнечных элементов на основе СпэЯ и СЙ5 (с неоднородным профилем легирования), полученных методом пульвернзации в сочетании с мокрым процессом, Мартинуцци и др.
[56) пришли к выводу о том, что преобладающим механизмом протекания тока является многоступенчатое туннелирование. Согласно сообщению Андерсона и Джоната [58[, прямые вольт-амперные характеристики тонкопленочных солнечных 254 Глава 4 элементов со структурой Спв5 — С65, изготовляемых методом ионного распыления, отличаются от характеристик элементов, создаваемых с помощью вакуумного испарения или пульверизацни, и их можно интерпретировать исходя из предположения, что протекание тока ограничено пространственным зарядом. 4.5 Влияние различных способов обработки и свойств используемых материалов на характеристики элементов В данном разделе будет рассмотрено влияние на характеристики тонкопленочных солнечных элементов с гетеропереходом Спв5 — С68 различных способов обработки и свойств применяемых в них материалов, в том числе термообработки [3, 42, 53, 78, 81 — 871, состава Сп„Б [52, 53, 67, 70, 88 — 9Ц, удельного сопротивления [931 и концентрации легирующей примеси [3, 79, 89, 91, 941 в С65, состава сплава Еп„Со1,8 [7, 19, 22, 28, 38, 40, 59, 74, 79, 95 — 971 и микроструктуры слоев [3, 13, 26, 27, 42, 44, 45, 48, 63, 64, 78, 90, 99 — 10 Ц.
4.5.1 Термообработка Ранее отмечалось, что выходные характеристики солнечных элементов на основе Спв8 — С63 удается улучшить с помощью определенных видов термообработкн. Этот процесс может осуществляться в вакууме при температуре 190... 200 'С и завершаться продолжительным прогревом элементов в атмосфере водорода. Термообработку проводят также в тлеющем разряде, возбуждаемом в водороде, а затем элементы прогревают на воздухе. В других случаях элементы отжнгают на воздухе после нанесения тонкого слоя меди на поверхность Сп,Я нли же просто прогревают в обычных атмосферных условиях. Непосредственно после изготовления солнечные элементы обладают характеристиками, близкими к омическнм, и имеют низкие значения напряжения холостого хода, тока короткого замыкания и коэффициента заполнения вольт-амперной характеристики В процессе термообработки улучшаются фотоэлектрические параметры элементов и, как показано на рис.
4.11, более четко проявляются выпрямляющие свойства перехода. Высказывались различные предположения о причинах изменений,происходящих в элементах. Ротворф [421полагает, что непосредственно после изготовления солнечные элементы содержат слой некомпенсированного сульфида кадмия и пленку СнвБ, состав которой незначительно отличается от стехнометрического.
Вследствие этого элементы имеют узкую область пространственного заряда [1021, к томя же ионизация под действием света глубо- Солнечные элементы нв основе сульфидв меди 4 г них уровней, расположен- 5 ных вблизи перехода, спо- 1,мк собствует еще большему го уменьшению ее ширины. Туннельные переходы носи- 15 гоо с телей на энергетические 150'С уровни в области границы 1а 1ОО'С раздела приводят к понижению эффективной вы- 5 соты барьера и, следовательно, уменьшению напряжения холостого хода. При ' ' ' ' ч',5 термообработке молекулы кислорода и поступающие из Спг8 атомы меди достигают области пространственного заряда и образуют в С88 компенсирующие акцепторныс уровни, в результате чего эта область расширяется.
Благодаря данному эффекту Рнс. 4.! !. Ивысненне форыы вольт-виум н шается вероятнОсть пеРнык кврвктеРнстнк тонкопленочных уменьшается солнечных элсыснтов на основе Сцтв— "гуннелирования носителей, Сбв в процессе тсрыообрвботкн, т'— увеличивается эффектив- темповвп характеристика, 2 — 4 — све ная высота барьера и по- товые характеристики. вышается напряжение холостого хода, Формирующийся на поверхности Спе8 слой СпгО или СпО снижает скорость рекомбинации носителей, что приводит к возрастанию фототока. Уменьшение фототока элементов (при неизменном значении 14,„), наблюдаемое при чрезмерном нагреве, объясняется либо ослаблением электрического поля на границе раздела вследствие перекомпенсации и значительного расширения области пространственного заряда, либо изменением фазового состояния Сп„Ь нз-за дефицита меди.
Несоответствие параметров кристаллических решеток Сиг8 и Сс!8 является причиной появления механических напряжений в области границы раздела, а также упругих напра. жений, простирающихся в объем структуры, под влиянием ко. торых образуются энергетические уровни в запрещенной зоне. Объемные механические напряжения, по-видимому, компенси.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
