1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 55
Текст из файла (страница 55)
4.5.3 Удельное сопротивление СЛЬ Мареком (93) измерены различные параметры перехода в солнечных элементах на основе Сига — С68 при концентрации носителей в базовом слое (Сг)Я), изменяющейся от 3 10тв до 4 10" см — ' в зависимости от концентрации «замороженных» дефектов, образующих донорные уровни. Эти дефекты, препятствующие диффузии Сп и СОЯ, оказывают также влияние на ширину обедненного слоя.
При повышенной концентрации носителей в СдЯ происходит более сильная компенсация материала 260 Глава 4 атомами Сп, а протекание тока обусловливается в основном рекомбинационными процессами. При низких концентрациях носителей преобладающим механизмом протекания тока в освещенных элементах является туннелирование носителей при участии рекомбинационных центров. Подтверждением этих результатов служит уменьшение обратного тока насыщения и возрастание значений параметра а= (1]пИТ) при увеличении концентрации носителей.
Ротворф [42] отмечает, что при наличии низкоомного слоя СЙ8 возможно ослабление поля в переходе, отрицательно сказывающееся на процессе собирания носителей заряда. 4.5.4 Легироваиие Буньо и др. [104] исследовали пленки Сц 5, легированные кадмием, цинком и индием, и установили, что параметр х возрастает прямо пропорционально числу атомов примеси, введенных в пленку в процессе ее осаждения. Приближение состава к стехиометрическому сопровождается улуч|нением электрических свойств. Анализ экспериментальных данных показывает, что диффузия Сц из Спв8 в слой Со5 после изготовления элементов приводит к превращению халькоцита в другие фазы сульфида меди с пониженным содержанием Сп, в результате чего характеристики элементов резко ухудшаются.
Партейн и Берченалл [91] полагают, что стабильность элементов можно повысить путем введения в С05 легирующих примесей, предотвращающих диффузию Сп. Вехт [105] установил, что легироваиие СЖ хлором усиливает диффузию меди. Согласно результатам Вудбери [106], при введении большого количества индия диффузия Ад в СЙЯ ослабляется. Прн продолжительной выдержке элементов в условиях, когда к ним приложено напряжение смещения, Палц и др. [89] наблюдали уменьшение не только тока короткого замыкания, но и коэффициента заполнения вольт-амперной характеристики. Снижение выходных параметров элементов связано с уменьшением шунтирующего сопротивления вследствие электрохимнческого разложения Сив8 (при наличии напряжения смещения или в режиме холостого хода), диффузии Сн и образования включений меди в СЮ.
Легирование С05 примесями, вид которых точно не установлен, препятствовало выделению меди. В процессе ускоренных испытаний не обнаружено деградации характерисп и элементов, содержащих слой легированного сульфида кадмия, в частности, не изменилось шунтирующее сопротивление )с,л элементов, тогда как значение )с,л нелегированных элементов уменьшилось с 5 до 0,1 кОм. Не наблюдалось также каких-либо изменений вольт-амперных характеристик легированных солнечных элементов, хотя характеристики нелегированных элементов Солнечные элементы не основе сульфиде меди 261 заметно деградировали.
Легирование приводит к уменьшению ширины обедненного слоя, снижению удельного сопротивления С65 и незначительному повышению спектральной чувствительности элементов. Аналогичные результаты получены Луке и др. [107] при исследовании солнечных элементов на основе Сн,5— С!15 со слоем легированного сульфида кадмия. Проведенные авторами измерения вольт-фарадных характеристик этих элементов показали, что по сравнению с нелегированными элементами ширина области пространственного заряда уменьшилась в 4 раза, концентрация доноров у границы раздела возросла в 16 раз, а концентрация доноров в объеме Сб!Б повысилась в 50 раз. Отношение обратных токов насыщения легированных и нелегированных элементов приблизительно равно отношению соответствующих значений электрической проводимости слоев.
Умаровым и др. [94] исследовано влияние концентрации легирующих примесей (1п и Оа) в СЮ в диапазоне 10"... ... 1О" см — ' на фотоэлектрические характеристики тонкопленочных солнечных элементов с гетеропереходом СплБ — С65. Авторами обнаружено существование зависимости напряжения холостого хода )у„ и спектральной чувствительности от уровня легирования. Изменения КПД н Р„ элементов при вариациях концентрации примесей объясняются различиями в значениях последовательного и шунтирующего сопротивлений, а также обратного тока насыщенна. Оптимальная концентрация легирующей примеси, обеспечивающая достижение максимального КПД, лежит в интервале 10"... 10" см-'.
Полученные авторами [94] значения напряжения холостого хода -0,8 В существенно отличаются от значений 0,5... 0,55 В для элементов с нелегированным слоем СоЯ, приведенных другими авторами. Хилл [3] отмечает, что,хотя легирование иьдием и способствует снижению удельного сопротивления С68,выделение 1п на границах зерен вызывает уменьшение шунтирующего сопротивления,что особенно заметно проявляется в пленках небольшой толщины (<5 мкм). Создание структуры, состоящей из низкоомного слоя С65, легированного С6С!з (с переменной концентрацией примеси), и верхнего слоя чистого сульфида кадмия, улучшает свойства тыльного контакта в повышает фототок элементов [3].
Бодхрадж и др. [26] сообщали об изготовлении методом пульверизации с последующим пиролизом солнечных элементов со ~поем Сс(Я, неоднородно легированным алюминием, обладающих улучшенными фотоэлектрическими параметрами при более высокой стабильности характеристик перехода.
4.5.5 Состав сплава Хп,С!1,,5 Увеличение концентрации цинка в солнечных элементах на основе Спз5 — Хп„Сс(! „5, как правило, приводит к повышению напряжения холостого хода. Однако возрастание 1'лс сопро- Глава 4 242 0,5 О,а 0,5 0,2 оя 10 50 50 70 90 Время, е Рис. 4.13. Графики зависимости толщины слоя сульфида меди и от продолжительности окунания при различных составах пленок 20«Со', «о 1791. вождается уменьшением тока короткого замыкания и КПД. Бертон и др. [96] установили, что тонкопленочные солнечные элементы со структурой Сп25 — 2:п Сбе-«5, получаемые методом испарения в сочетании с сухим химическим процессом, при относительной концентрации Хп выше 10% имеют напряжение холостого хода 0,67... 0,68 В. При осуществлении мокрого процесса столь высокие значения е«„могут быть достигнуты при концентрации Хп-40 % (максимальное значение )2,е составляет 0,72 В).
Плотность тока короткого замыкания элементов обоих типов, приблизительно равная 15 мА/смв в случае использования чистого С65, уменьшается почти до 1 мА/см' пря концентрации Хп выше 35 %. Как показывают измерения, напряжение холостого хода связано с высотой потенциального барьера линейной зависимостью. В другой работе Бертон и др. [40] отмечают, что пленки Хп,Сде «5, осаждаемые методом вакуумного испарения из одного источника, неоднородны по составу в направлении, перпендикулярном подложке, поскольку из порошкообразного Хп,Сбе „Я интенсивно испаряется кадмий.
Авторы ввели в употребление концентрический двухкамерный испаритсль, который обеспечивает более высокую степень однородности пленок и и позволяет регулировать их состав [7]. Бертон и Хенч [95] полагают, что низкие значения тока короткого замыкания элементов на основе Хп,Сде,5 связаны с неоптимальной толщиной слоя Сц„5, значительным отклонением состава Сц«5 от стехиометрического и высокой отражательной способностью поверх- Солнечные влементы на основе сульфида меди 2оз ности элементов, у которых слой Сс)5 не подвергался химическому травлению.
Установлено, что при х<0,2 последовательное сопротивление остается достаточно низким. Последующие эксперименты [79) показали, что при идентичных условиях процесса формирования пленки Сн„З ее толщина оказывается более низкой, если в качестве подложки вместо С68 используется слой Хп„Сс),,5. На толщину пленки Сн„5, как видно из рис. 4.13, значительное влияние оказывает концентрация цинка. Однако даже при составе Сц„Я, близком к стехиометрическому, и при создании пленок Сн„5, сравнимых по толщине с пленками, получаемыми на поверхности Со8, солнечные элементы на основе Хп,Сс)~ Ь имеют пониженные значения тока короткого замыкания. Эти результаты приводят к выводу о том, что снижение эффективности собирания носителей в элементах па основе Хп„С61 „Я вызвано ослаблением электрического поля в области перехода вследствие высокого удельного сопротивления слоев Хп С61 „8.
Легирование Хп,С61 „8 индием способствует уменьшению удельного сопротивления, однако не обеспечивает ожидаемого прироста тока. Недавно Холлом и др. [7) изготовлены солнечные элементы на основе Хп,С61 „8 с высокой плотностью тока короткого замыкания (значения Уеи приведенные к интенсивности излучения 100 мВтУсмв, составляют 22...26 мА1см'), сравнимой с У„лучших элементов аналогичной конструкции на основе чистого сульфида кадмия. Однако точно не установлено, какие именно усовершенствования в технологии изготовления элементов обеспечили достижение столь высоких значений Уео Сообш,алось [59), что напряжение холостого хода солнечных элементов со структурой Снв5 — Хп,С61 „8 меняется с течением времени.
После непродолжительной ( — 30 мин) выдержки элементов в обычных условиях значение стабилизируется. Этот эффект связан с электронными процессами, происходящими при участии глубоких уровней в обедненном слое. Увеличение емкости элементов данного типа при повышении концентрации цинка свидетельствует о том, что в материале, обогащенном цинком, диффузия меди происходит менее интенсивно. Согласно результатам Мартинуцци и др. [38), при увеличении концентрации Хп от 0 до 15 вУо напряжение холостого хода повышается с 0,48 до 0,60 В, а плотность тока короткого замыкания уменьшается с 12 до 7 мА)см'. Если базовой областью элемента служит двухслойная структура СЖ вЂ” ХпСоо', то при концентрации Хп, равной 15 вУв, могут быть получены значения плотности тока короткого замыкания -10,5 мА~см'. Однако в этом случае напряжение холостого хода снижается до 0,54 В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
