1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Как показано Мартинуцци и др. [22), у солнечных элементов, изготовленных с помощью сухого химического процесса, плотность тока короткого замыкания (-12 мА/смв) не меняется Глава 4 264 0,7 ГГ 0,65 0,5 0,55 24 д дв' с х г в ОЛ5 о О да Ш 50 аО Мпссядпя Валя гпв, % О до 20 50 ПО Мпссадая даля гп5,% Рис. 4.!4. Зависимости напряжения холостого хода Ряс (1), плотности тока короткого замыкания яяс (2), коэффициента заполнения вольт.амперной характеристини ЕР (3) и КПД (4) от содержания сульфида цинна Хпз в слое нп„С4, аз тонкопленочных солнечных элементовнаоснове Сця5 — ЕпяСс(с „3, изготовленных методами вакуумного испарения (сплошные линии) и пульверизации с последующим пиролизом (штриховые линии) 1)91.
при концентрации Хп, не превышающей 8%, а значение отвечаюдцее концентрации Хп, равной 8%, составляет 0,63 В. Банерджи и др. (19) подробно исследовали характеристики солнечных элементов на основе Сцз5 — Хп„Сг(с „5, изготовляемых методами вакуумного испарения и пульверизации с последующим пиролизом.
Согласно результатам авторов, максимальные значения КПД элементов, получаемых данными методами, составляют соответственно 6,5% (при к=О) и 5,6 % (прн х=0,1). Зависимости )г„, /„, гг и КПД этих элементов от концентрации Хп5 показаны на рис. 4.14. Плотность тока короткого замыкания элементов, создаваемых с помощью вакуумного испарения, уменьшается при повышении х, а у элементов, изготовляемых посредством пульверизации, зависимость /яс от состава слоя 2п,С6! 5 имеет максимум при х=0,1.
У тыльнобарьерных элементов, получаемых методом пульверизации, при введении цинка в Сг(5 коротковолновый край спектральной чувствительности смещается в область меньших значений длины волны. Сингх и Джордан [97] с помощью метода пульверизацин изготовили солнечные элементы на основе Соха — ХпкСс)! „5, имеющие стабильное напряжение холостого хода, значение которого достигает 0,784 В (при х=0,55).
При наличии освещения ширина обедненного слоя в пленках Хп„Сг(с я8 при повышении х увеличивалась с 0,16 до 0,31 мкм. Изменение значения х от 0 до 0,55 вызывало уменьшение Х„с 18,7 до 1,9 мА/смв. Мартинуцци и др. 128) показали, что в элементах, создаваемых Солнечные влементы не основе сульфиде меди 2ьо5 методом пульверизации, изменение концентрации Хп от 0 до 5 о)в приводит к повышению У„с 0,48 до 0,58 В и снижению 7., с 14,5 до 11 мА/смв. Дас и др. 174) измерили вольт-амперные характеристики солнечных элементов на основе Спг8 — Хп„Сг)~,Б и установили, что при всех возможных значениях х существуют два механизма протекания тока. Повышенным напряжениям соответствует дподный коэффициент и=1, а пониженным — п=2.
В элементах, получаемых методом пульверизации, высота барьера Фл при протекании обратного тока изменяется от 0,86 эВ при х=О до 0,96 эВ при х=0,2. В элементах, изготовляемых с помощью вакуумного испарения, Фл увеличивается с 0,98 эВ при х=О до 1,14 эВ при х=О,З. У элементов обоих типов при любой температуре увеличение концентрации цинка приводит к понижению обратного тока насыщения.
У элементов, создаваемых методом вакуумного испарения, возрастание напряжения холостого хода, связанное с повышением концентрации Хп, вызвано уменьшением обратного тока насыщения, которое обусловлено главным образом увеличением Фэ. Авторы )74) отмечают, что несоответствие параметров кристаллических решеток используемых материалов не оказывает существенного влияния на плотность состояний в области границы раздела. В элементах, изготовляемых посредством пульвернзацни, возрастаниенапряжения холостого хода при повышении х объясняется увеличением высоты барьера, которое в свою очередь вызвано ростом ширины запрещенной зоны Хп,Сд~ в8 (Л)глс-ЛФв-ЬЕх). У элементов обоих типов при повышении х степень несоответ. ствия ХЕ, энергий сродства к электрону понижается. Мартинуцци и др.
122] утверждают, что в исследованных ими элементах возрастание У„ связано непосредственно с увеличением высоты барьера и, следовательно, с уменьшением АЕо 4.5.6 Микрострунтура Микроструктура пленок Спв8 и СЮ оказывает существенное влияние на свойства гетероперехода и фотоэлектрические характеристики солнечных элементов типа Сив8 Спб. Несколькими исследователями были предприняты попытки установить количественную взаимосвязь между параметрами микроструктуры н наблюдаемыми фотоэлектрическими характеристиками элементов. Несмотря на то что основной вклад в фототок дает слой Сп,8, собирание носителей заряда происходит благодаря наличию электрического поля в СЮ.
Вследствие этого микроструктура слоя С68 непосредственно влияет на характеристики приборов, и, кроме того, поскольку пленка Спв5 создается (в процессе реакции замещения) в поверхностном слое СЮ, параметры структуры СпвЯ в значительной степени гбб Глааа 4 зависят от структурных свойств С<15. Теоретические расчеты показывают, что фототок повышается при увеличении размеров зерен (100). Зерна столбчатой формы имеют более низкую скорость объемной рекомбинации, что способствует возрастанию фототока. Таким образом, пленки, обладающие столбчатой структурой, обеспечивают более высокие характеристики элементов, причем улучшение характеристик происходит также при увеличении размеров зерен. Пленки столбчатой структуры, получаемые методом вакуумного испарения,содержат зерна с ярко выраженной преимущественной ориентацией оси с относительно нормали к поверхности подложки.
При небольшой толщине пленки образуются очень мелкие разориентированные зерна. Поэтому можно предположить, что при использовании пленок С85 малой толщины характеристики элементов будут плохими. Амит 1101) исследовал влияние толщины пленки Сд5 на фотоэлектрические характеристики солнечных элементов на основе Сна5 — С85. Автором установлено, что размер зерен, степень их преимущественной ориентации и размеры неровностей поверхности пленки С85 возрастают по мере увеличения ее толщины, кроме того, при этом повышается концентрация доноров, улучшаются диодные характеристики элементов и уменьшаются токи утечки (которые зависят также и от напряжения).
Ранее отмечалось, что наилучшие характеристики имеют элементы, в состав которых входит пленка халькоцита с осью с, перпендикулярной плоскости подложки. Поскольку пленка Сна5 образуется в приповерхностной области С85, для получения ориентированных пленок необходимы слои С85 с достаточно совершенной структурой.
Сообщалось (63), что осаждение С85 методом вакуумного испарения при пониженной температуре источника ( — 950 'С) приводит к получению более высоких значений напряжения холостого хода элементов (при условии,что прочие параметры процесса изготовления не меняются).
Уменьшение температуры источника испаряемого вещества не оказывает существенного влияния на ток короткого замыкания. Прн таком способе изготовления элементов наблюлается более слабый гистерезис спектральных характеристик чувствительности, чем в случае осаждения СЮ прн высокой (1050 'С) температуре испарителя. В элементах, полученных при повышенной температуре и имеющих тонкий слой Сн25, при длинах волн Е(0,5 мкм происходит эффективное собирание носителей из слоя С85. При низких температурах испарителя образуются слои С85 с более высоким удельным сопротивлением. Сторти и Кулик (78] отмечают, что при увеличении скорости осаждения пленок Сг)5 повышается концентрация доноров, возрастает положительный пространственный заряд (в темповых условиях) и увеличивается напряженность поля на границе раздела.
При отсутствии освещения все носители, до- Солнечные элементы на основе сульфнда ел» 267 стигающие границы раздела, под действием этого поля преодолевают переход не рекомбннируя. Удекумар [48] сообщает, что спектральная чувствительность тыльно-барьерных солнечных элементов на основе СиэБ — Сд8, изготовляемых методом пульвернзацин с последующим пиролизом, в значительной степени зависит от толщины слоя С88 (см. рнс, 4.8,в). Согласно данным Мартннуцци и др.
[27], качество кристаллической структуры пленок, осаждаемых посредством пульверизации, определяется отношением концентраций атомов 8 и Ст) в распыляемом растворе. При отношении концентраций, равном единице, размер зерен, имеющих преимущественную ориентацию относительно направления (002>, составляет -0,5 мкм, а пленки СЮ обладают высокой прозрачностью прн 1,>0,52 мкм.
Такие пленки лучше всего подходят для изготовления солнечных элементов. Бодхрадж и др. [25] при использовании неоднородно легированных алюминием пленок Сг)8 с плотвой лабиринтной структурой получили более стабильные элементы с улуч|ненными характеристиками. Как отмечалось ранее, в элементах, создаваемых методом вакуумного испарения в сочетании с мокрым химическим процессом, пленка Си,Я, образующаяся на границах зерен, проникает внутрь слоя СЮ, что приводит к значительному увеличению (более чем в 10 раз) эффективной площади перехода н понижению напряжения холостого хода. Травление поверхности Сд8 (способствующее уменьшению ее коэффициента отражения) усиливает этот эффект [100]. Хьюиг и Блосс [98] установили, что пленка Сп,8 состоит из горизонтальной и вертикальных частей и при размере зерен 0,5...1 мкм площадь вертикальных участков перехода в 1О раз больше площади его горизонтальной части. Верхняя область вертикального участка перехода освещена значительно сильнее нижней, куда излучение вследствие его поглощения в полупроводнике почти не проникает.
Поэтому нижняя область вертвкального перехода находятся практически в темповых условиях, и, следовательно, в ней наблюдаются меньшие потери носителей заряда. При толщине горизонтальной части слоя СнэЗ, равной 0,2 мкм, и такой же ширине его вертикальных частей расчетные значения плотности тока короткого замыкания в горизонтальном и вертикальном переходах равны соответственно 20 и 10 мЛ1см'. Напряжение холостого хода таких элементов на 0,1 В ниже, чем )т„ монокрнсталлнческнх элементов. Хьюиг и Блосс [98] рассчитали также зависимости )т„, 1э„и КПД элементов от размера зерен. Солнечные элементы на основе СпэЯ вЂ” С<!8, изготовляемые сухим методом, имеют максимальный КПД при толщине пленки Сааб 0,1...0,15 мкм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
