1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 58
Текст из файла (страница 58)
35 %, плотность тока короткого замыкания в условиях АМ1 равна 22... 26 мА/смв. Если предположить, что протекание тока определяется в основном рекомбинацнонными процессами на границе раздела и что шунтируюшее сопротивление элемента достаточно велико, то выполняется соотношение 4)'вс = Ев,— ЛЕс+ й7!п /вс — й7 1п (4МсвБ~) — й71п (А!/А,). (4. 2) Здесь ЛЕ,— разность энергий сродства к электрону СпзЯ и С65, й!,в — эффективная плотность состояний в зоне проводимости С68, д — заряд электрона и А; — плошадь перехода. Согласно оценочным расчетам, слагаемые, входяшие в соотношение (4.2), имеют следующие значения: (Ев,— ЛЕ,) „=1 эВ, яТ !и Х„=- — 0,1 эВ, яТ 1и (дйГввЯт) — — 0,33 эВ, а величина йТ!и (А;/А,), зависящая от площади перехода, равна 0,03...
... 0,06. В результате максимальное значение напряжения холостого хода планарного элемента составляет 0,54 В. Наиболее высокое значение !'„, достигнутое на практике у солнечных элементов на основе СпвБ — СЮ, изготовляемых сухим методом, также равно 0,54 В (191 Напряжение холостого хода можно сушественно повысить путем изменения /ЗЕ, и Яг. Однако, поскольку величины АЕв и Ег определяются свойствами исходных полупроводниковых материалов, для этого необходима модификация структуры материалов или замена одних полупроводни- Глава 4 ггз ков другими. У элементов на основе Спв5 — 2п„С61 „3, вероятно, могут быть получены значения Евв — ЬЕ,=1,2 эВ и )Г„=0,74 В. У реальных элементов такого типа напряжение холостого хода составляет 0,65...0,71 В.
Высокое значение )Г„этих элементов является следствием увеличения ширины запрещенной зоны Хп,СГ(1 в8 (по сравнению с С68), сопровождающегося уменьшением ЛЕ, и возрастанием величины Ею — ЛЕ,. Как показывают расчеты, у тонкопленочного солнечного эле. мента на основе Спе8 — СЮ с идеальными диодными свойствами при Р„=0,51 В коэффициент заполнения вольт-амперной характеристики равен 0,80.
В реальных же элементах коэффициент заполнения уменьшается на 0,02... 0,04 под влиянием последовательного сопротивления и дополнительно — на 0,03 вследствие существования зависимости тока короткого замыкания от напряженности поля в области перехода. В настоящее время лучшие элементы со структурой Спг8 — С88 имеют значения коэффициента заполнения в пределах 0,68 ... 0,72. Проведенный анализ энергетических потерь показывает, что КПД солнечных элементов на основе Спа8 — Сд8 может быть повышен примерно до 11 в)в. У элементов со структурой Сив5— Хп,СГ(1 в8 ожидаемое значение КПД составляет 15 в~в. Следует отметить, что в условиях, когда преобладающим рекомбинационным пропессом является рекомбинация носителей заряда в объеме СивБ (при низкой скорости рекомбинации на границе раздела), напряжение холостого хода при комнатной температуре может возрасти до 0,86 В, а коэффициент заполнения вольтамперной характеристики — до 0,86.
При этих значениях параметров КПД достигает 26 вГа. 4.7. Выводы У тонкопленочных солнечных элементов на основе Сп,5— ХпвС61 в8 малой площади, изготовляемых методом вакуумного испарения в сочетании с мокрым химическим процессом, получен КПД более 10 в)в. Полагают, что для дальнейшего увеличения КПД потребуются оптимизация состава слоя Хп,С6~,5 и применение более совершенных методов управления процессом формирования пленки Спв5 па поверхности Хп„С6, „Б. Солнечные элементы, создаваемые посредством пульверизации с последующим пиролизом, также обладают высокой эффективностью, однако элементы, получаемые с помощью пульверизации и вакуумного испарения, имеют неодинаковую оптимальную микроструктуру. КПД солнечных элементов большой плошади в условиях массового производства составляет 6...7 в/,.
Необходимы значительные усилия для того, чтобы освоитьопытное производство высокоэффективных (с КПД более 10 %) стабильных элементов большой площади с воспроизводимыми характеристиками при высоком выходе годной продукции. Глава 5 ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ КРЕМНИЕВЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ 5.1. Введение Моно- и поликристаллический кремний в виде массивных образцов относится к наиболее подробно и глубоко исследованным полупроводниковым материалам. Технология получения н. обработки кремния, а также изготовления электронных схем и приборов на его основе благодаря высокому уровню развития и быстрому совершенствованию до сих пор остается базовой технологией в электронной промышленности; при этом кремний занимает ведущее положение во всех областях электроники. Кроме того, кремний используется в оптоэлектронике, интегральной оптике и вычислительной технике.
Среди различных типов фотоэлектрических преобразователей лишь монокристаллические кремниевые солнечные элементы в настоящее время нашли широкое применение в солнечной энергетике (например, в системах энергообеспечения искусственных спутников). Большой практический опыт и знания, накопленные при производстве монокристаллических кремниевых солнечных элементов, обеспечивают возможность перехода к изготовлению тонкопленочных элементов и расширению объема их выпуска до уровня, необходимого для успешного развития новой отрасли промышленности — фотоэлектрической.
Если к тому же учесть, что кремний относится к наиболеераспространенным в природе химическим элементам, а монокристаллические кремниевые солнечные элементы обладают высокой эффективностью (нх КПД достигает !6... 19 7э), то кремний можно считать во всех отношениях перспективным материалом для создания тонкопленочных фотоэлектрических преобразователей.
Поэтому представляется удивительным, что до последнего времени разработке солнечных элементов на основе тонких пленок 51 уделялось столь мало внимания. Вероятно, первые ~1) неудачные попытки изготовить высококачественные приборы ослабили интерес к исследованию кремниевых преобразователей, и в дальнейшем более активно изучались другис полупроводниковые 275 Поликристеллические кремн, соли, элементы материалы для тонкопленочных солнечных элементов: соединения П вЂ” Н! групп периодической системы (С68, СоТе) и П!— Н групп (ОаАз). Выполненные недавно в нескольких лабораториях исследования тонкопленочных кремниевых солнечных элементов привели к существенному улучшению их характеристик.
На основе пленок 81, полученных методом химического осаждения из паровой фазы [2] на подложках из рекристаллизовацного металлургического кремния, изготовлены крупные элементы (площадью 30... 50 см') с КПД 8...9 то. При создании солнечных элементов из поликристаллических кремниевых пленок, подвергнутых лазерной рекристаллизации, и из пленок 51, осаждаемых в плазме высокого давления на многократно используемые молибденовые подложки (с их последующим отделением) [3], КПД элементов составлЯет 12 7о (пРи площади 2Х2 смз) и 9,93 е!е (при площади 28 см'). Разработано несколько новых методов осаждения кремния, позволяющих получать высококачественные тонкие пленки большой площади и применять их для создания фотоэлектрических приборов. В гл.
3 обсуждались свойства тонких поликристаллнческих пленок кремния, выращиваемых различными методами. В данной главе мы ограничимся описанием процесса изготовления тонкопленочных поли- кристаллических кремниевых солнечных элементов с указанием их выходных параметров. Солнечные элементы на основе аморфного кремния будут рассмотрены в гл. 6. 5.2. Современное состояние разработок массивных кремниевых солнечных элементов В первую очередь будет кратко рассмотрено современное состояние разработок массивных моно- и поликристаллических солнечных элементов, что позволит затем оценить уровень достижений в области создания тонкопленочных кремниевых элементов. Благодаря ряду усовершенствований конструкции кремниевых солнечных элементов их КПД в течение последнего десятилетия увеличился до 16 ...19 с/о.
Основываясь на результатах расчета, выполненного Вольфом [4], Линдмайер и Эллисон [5] изготовили элементы, у которых за счет создания мелкозалегающего р — п-перехода и изменения структуры контактной сетки удалось значительно повысить чувствительность в коротковолновой области спектра и коэффициент заполнения вольт-амперной характеристики. Эти солнечные элементы (получившие название фиолетовых) имеют КПД около 16 с)е. Для уменьшения потерь излучения, вызываемых его отражением от фронтальной поверхности, вместо просветляющего покрытия из ок- 276 Главе 5 сида кремния 810„осаждаемого методом вакуумного испарения, стали применять покрытия на основе Та»О», СеО» или Т10в.
Значения показателя преломления этих материалов занимают промежуточное положение между показателями преломления кремния и стекла, благодаря чему они обеспечивают минимальное отражение света при наличии на поверхности элемента защитного стеклянного покрытия.
При обработке поверхности кремниевых пластин, ориентированных относительно направления <100>, соответствующими травнтелями (например, КОН, МаОН или гидратом гидразина) формируется рельеф, состоящий из пирамид, имеющих грани с ориентацией <111>. Поверхностные неровности такого типа вызывают многократное отражение света и служат как бы световыми «ловушками»„ уменьшающими потери излучения на отражение до очень низких значений. Солнечные элементы с текстурированной поверхностью, известные под названием неотражающих элементов фирмы Сошза1, имеют КПД 17...!8 в7«. Усовершенствование тыльного омического контакта обычных солнечных элементов с пе — р- или рэ — п-структурами, состоявшее в создании на поверхности базовой области низкоомного слоя кремния того же типа проводимости, что и у базы, привело к появлению встроенного электрического поля вблизи тыльной поверхности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
