1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 54
Текст из файла (страница 54)
руются полями упругих напряжений дислокаций, возникающих в области границы раздела в процессе термообработки. Дивейни и др. [87] считают, что термообработка элементов в течение ! ч при температуре 190 'С и давлении -27 Па, а затем в течение 2 ч при температуре 170 'С в атмосфере водорода (такой режим используется при осуществлении крепления 256 Глава 4 контактной сетки методом прокатки) и их последующий прогрев прн более низкой температуре обеспечивают условия для восстановления ранее образовавшихся оксидов меди. Появление при этом свободных атомов Сц, улучшающих стехиометрию слоя Сн„5, является основным положительным эффектом такой термообработки.
При составах Сц„8, близких к стехиометрическому, возрастает диффузионная длина неосновных носителей [78[ и вследствие этого повышается эффективность их собирания. Увеличению фототока элементов способствует также сплавление Хп и Сн в процессе термообработки, сопровождающееся образованием высокоотражающего слоя а-фазы латуни, благодаря которому возможно повторное прохождение света через слой Сцз5. Под влиянием последнего эффекта фототок возрастает примерно на 15 аА.
Согласно данным Пфистерера и др. [53], оксидный слой элементов состоит из СЄзО и не содержит СнО. Авторами не обнаружено также присутствия Сп50з. Полагают, что СирО формируется только при наличии свободных атомов меди, источниками которых могут служить осаждаемая пленка Сн или сульфид меди (поскольку при термообработке в тлеющем разряде, возбуждаемом в водороде, возможно восстановление Сн„5). Авторами работ [53, 83) отмечены следующие характерные особенности элементов непосредственно после их изготовления и термообработки: 1) нестехиометричность состава Сн,Ь и высокая скорость поверхностной рекомбинации (по завершении мокрого химического процесса); 2) улучшенная стехиометрия сульфида меди при сохранении низкой эффективности элементов вследствие образования на их поверхности барьера Шоттки Сн — Сн,Ь (после нанесения пленки Со или термообработки в тлеющем разряде в атмосфере водорода); 3) наличие окна из СирО, способствующего снижению скорости поверхностной рекомбинации, и близкий к стехиометрическому состав сульфида меди, обеспечивающий высокие значения диффузионной длины электронов (при оптимальных условиях термообработки на воздухе); 4) наличие слоя Сн„О(1<х<2), вызывающего повышение скорости поверхностной рекомбинации, н низкие значения диффузионной длины электронов из-за нарушения стехиометрии Сц„Ь (в результате перегрева элементов или при продолжительной выдержке в кислородсодержащей атмосфере).
Лоферски и др. [85[ высказали предположение, что в результате термообработки на поверхности Сн„8 образуется широкозонный слой окна из Сн„Я„О~ „. Акрамов и др. [84[ наблюдали увеличение тока короткого замыкания и напряжения холостого хода при термообработке элементов на воздухе. Значения коэффициента выпрямления, найденные из темповых вольт-амперных характеристик, увеличиваются в результате термообработки с 10з до 10', а шунтирующее сопротивление возрастает 257 Солнечные элементы не основе сульфнде меди в 2...6 раз. По мнению авторов работы [84], содержащиеся в неотожженных элементах микрокластеры меди могут закорачивать переход.
Диффузия меди в процессе термообработки приводит к разрушению кластеров, образующих шунтирующие каналы. Амит [102] предполагает, что закорачивание перехода вызывают тонкие слои Снам, образующиеся вдоль границ зерен. Под действием термообработкн эти слои разрушаются, в результате чего каналы для протекания шунтирующего тока исчезают. Акрамов и др. [84], Касвелл и Вудс [86], а также Амит [102] наблюдалн увеличение ширины области пространственного заряда в С68 у элементов, прошедших термообработку.
Акрамов и др. [84] считают, что расширение компенсированной области в слое С63 способствует более полному поглощению падающего излучения и повышению эффективности собирания неосновных носителей заряда, что приводит к увеличению фототока. Чувствительность элементов в длинноволновой области спектра при этом существенно возрастает. Холл [81] отмечает, что наиболее важным следствием термообработки элементов под давлением, осуществляемой в процессе крепления контактной сетки и при последующих технологических операциях, является повышение степени ориентации оси с зерен пленки Сг]3 относительно нормали к поверхности подложки и уменьшение ширины области, ограничиваемой кривой распределения угла отклонения этой осн от нормали.
Холлом установлено, что непосредственно после изготовления элементов мокрым методом ось с зерен отклонена от нормали в среднем на 19', причем кривая распределения угла отклонения оси с относительно средней величины имеет гладкую форму, а полуширина распределения на уровне, соответствующем половине максимума, составляет 10...!2'. После термообработки под давлением при создании контактов направление преимущественной ориентации оси с совпадает с нормалью к поверхности подложки. В результате последующей продолжительной термообработки кривая распределения углз отклонения оси с относительно нормали приобретает резкую форму, а полушнрина распределения на уровне половины максимума уменьшается примерно до 3'.
4.5.2 Состав Сна8 Экспериментальные данные показывают, что слоевое сопротивление пленок Сц 8 и ток короткого замыкания элементов значительно изменяются при вариациях состава Сп,Я. Этот вывод наглядно подтверждает приведенная на рис. 4.12,а зависимость тока короткого замыкания 1„от состава Сн,8 в диапазоне 1,9<х<2,0 [88, 89]. Палц и др. [89] сообщали, что наиболее высокий коэффициент собирания носителей имеют эле- 9 Заказ №!939 258 Глава 4 0,5 вкаг 0,2 10 0,1 1,9 1,95 2,0 Я 0,5 0,8 0,7 ус,мнм а 8 Рис. 4.12.
Влияние состава слоя Снхз на ток короткого замыкания )вс (а] [891 и козффиииент собирания Ц носителей (б) [921 в солнечных злемеитах со структурой Сн„Б — Сбз. менты, в которых используется орторомбический хальконнт СпвЗ. В том случае, когда образуются фазы СняЯ, обедненные медью, уменьшение коэффициента собирания носителей приводит к снижению 1вс Накаяма и др. [103] показали, что относительное значение КПД солнечных элементов на основе Сн,Б— Се[Я зависит от состава Сц,3 следующим образом: если за 100 % принять КПД элементов со слоем СнзЯ, то СнглвБ соответствует КПД 60 %, Сцг,в3 — 1О % и Сц3 — 5 %.
Аналогичные результаты получены и другими исследователями [53, 91]. Виет и Каталано [92] измерили спектральные зависимости тока короткого замыкания солнечных элементов на основе Спят — Се[3 при значениях х в интервале 1,9<х<2,0. Результаты этих авторов представлены на рис. 4.12, б. Сравнение экспериментальных данных с теоретическими позволяет сделать вывод о том, что ослабление чувствительности элементов при уменьшении х вызвано главным образом снижением диффузионной длины неосновных носителей в Сн,Я.
Почти параллельное смещение вниз кривых чувствительности в спектральном диапазоне 0,6...0,8 мкм при уменьшении х связано, вероятно, с понижением коэффициента поглощения света. Результаты Дилмана [90] свидетельствуют о том, что диффузионная длина неосновных носителей не превышает 5 нм во всех фазах Снв5. за исключением халькоцнта, в котором диффузионная длина электронов Е,=35 нм в направлении, перпендикулярном оси с, и Е,=90 нм в направлении, образующем с осью с угол 35'. Согласно выводам автора, только халькоцит имеет приемлемую 259 Солнечные элементы нв основе сульфндв меди диффузионную длину неосновных носителей, причем значение 1., максимально в направлении, параллельном оси с. Установлено также, что халькоцит обладает более высоким коэффициентом поглощения света по сравнению с другими фазами сульфида меди и его значение максимально в направлении, параллельном оси с, которая была направлена перпендикулярно поверхности подложки в исследованных образцах.
Некоторые авторы (42] обьясняют наличие зависимости диффузионной длины электронов в СпэЯ от состава вещества влиянием концентрации дырок, которая определяется количеством вакансий меди. Если предположить, что преобладающим рекомбинационным процессом является оже-рекомбииация, то при концентрации дырок, равной р, время жизни электронов, соответствующее этому процессу, т-р-'. Выражение для диффузионной длины электронов имеет вид 1., =(рЯТт1$ — (р1сТ1рг)) Зависимость слоеного сопротивления пленки Снэ3 от р определяется соотношением )с = р11=- (4р,р4-'.
Здесь т( — толщина пленки Сп,3. Таким образом, если 1 1, (при Г.,(т(), то 1вс-15' '. Как показали измерения, такой характер зависимости 1„от Я наблюдается в широком диапазоне составов. Приведенные выше результаты не согласуются с данными Мозеса н Вассермана [67), не обнаружившими взаимосвязи между измеренными значениями 1., и составом слоя Сн 3.
Изменения вольт-амперных характеристик и спектральной чувствительности элементов, вызываемые термообработкой, эти авторы объясняют вариациями напряженности электрического поля в области перехода. Результаты, полученные в лаборатории авторов книги, показывают, что при значениях КПД солнечных элементов, равных 3...4 %, влияние состава СпвВ на КПД и другие фотоэлектрические параметры незначительно и что четкую зависимость между 1„п х установить невозможно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
