1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 59
Текст из файла (страница 59)
Под влиянием этого поля напряжение холостого хода достигло необычно высоких значений ( 0,61 В); кроме того, увеличились коэффициент заполнения вольт-амперной характеристики ( -0,82) и плотность тока короткого замыкания ( -49,6 мА7смз в условиях АМО), повысилась чувствительность элементов в длинноволновой области спектра и уменьшилось переходное сопротивление омического контакта на границе с полупроводником (6 — 8]. В результате этого нововведения КПД элементов в условиях АМ! увеличился примерно до 19 в!в. Влагодаря всем перечисленным усовершенствованиям полученные на практике значения фототока составили — 90 е~е от предельной теоретической величины, а напряжения холостого хода — 76...80 в!в от расчетного значения (8]. Солнечные элементы, изготовляемые из междендритных кремниевых лент (9, 10], в условиях ЛМ1 имеют КПД до 14 7в, а типичные значения их КПД составляют — !2 в!в. Максимальный КПД (в условиях АМ1) солнечных элементов, создаваемых из профилированных кремниевых лент, выращиваемых методом вытягивания из расплава через фильеры [11, 12], приближается к 12 е7в, тогда как среднее значение КПД составляет 1О в!е.
У солнечных элементов со структурой полупроводник †диэлектр — полупроводник площадью 1 см' на основе поликристаллического кремния и-типа и слоя 1ТО, осаждаемого методом пульверизации с последующим пиролизом. получен КПД 11,2 в7в (13]. Солнечные элементы со структурой 277 Поликриствллические кремн, соли, элементы полупроводник †диэлектр — полупроводник иа основе поликристаллического кремния р-типа и слоя 1ТО, создаваемого методом нонно-лучевого распыления [13), имеют КПД 11,5 э при площади 11,5 см' и 9 о1в при площади 18,5 см'.
Из поликристаллического кремния р-типа изготовлены солнечные элементы с инверсиониым слоем и структурой металл — диэлектрик — полупроводник [13] площадью 1 см', КПД которых составляет -8 в7о. 5.3. Технология изготовления Тонкие пленки кремния, применяемые для создания солнечных элементов, получают посредством химического осаждения из паровой фазы [2, 14 — 22], электронно-лучевого испарения [23], нанесения на керамические подложки [24 — 26] и осаждения на многократно используемые подложки (с последующим отделением за счет неравномерного теплового расширения) [3).
Наиболее высокие значения КПД [9... 12 в7в) достигнуты у зле° .итон на основе кремниевых пленок, нанесенных методом химического осаждения из паровой фазы [2, 14, 15, 18, 19), и пленок, рекристаллизованных после отделения от многократно используемых подложек [3). Для изготовления элементов применяют подложки нз различных материалов, в том числе из стали с антиднффузионным слоем боросилнката [20], графита [20],. очищенного металлургического кремния [17, 21] и оксида алюминия, покрытого слоем титана [22), — при осуществлении химического осаждения из паровой фазы; из сапфира [23) — при вакуумном испарении; из углерода [26) и муллита, покрытого.
слоем углерода [24], — при выращивании поликристаллического ленточного материала из расплава; из молибдена [3] — в случае осаждения пленок с последующим отделением от подложек. а также из рекристаллизованного металлургического кремния [2, 14, 16, 18, 19] и профилированных кремниевых лент, получаемых методом вытягивания из расплава через фильеры [15],— при эпитаксиальном осаждении пленок. Тонкопленочные кремниевые солнечные элементы, как правяло, имеют структуру просветляющее покрытие — контактная сетка — пе-Я вЂ” р+-Я вЂ” подложка; кроме того, в некоторых работах [25, 26] исследовались элементы со структурой металл— диэлектрик — полупроводник. Типичный процесс изготовления высокоэффективных солнечных элементов [2, 16] состоит из следующих этапов: 1) распыление расплава металлургического кремния и его очистка посредством многократного выщелачивания в водной среде; 2) осуществление направленной кристаллизации расплава на поверхности графитовых пластин (служащих подложками), в результате которой образуются слои металлургического кремния р+-типа с низким удельным сопро- Глава 5 гтв тивлением (0,01 Ом см), состоящие из довольно крупных кристаллитов; 3) последовательное выращивание эпитаксиального слоя р-51 толщиной -25 мкм с удельным сопротивлением 0,1...
1 Ом см и неоднородно легированной пленки иа-81 толщиной -10 мкм методом химического осаждения из паровой фазы с использованием термически активированной реакции восстановления трихлорсилана (необходимая легирующая примесь содержится в водороде) при температуре подложки около 1150'С и средней скорости роста -1 мкм/мин; 4) получение контактной сетки с помощью вакуумного испарения Т! и Ап через металлическую маску; 5) создание просветляющего покрытия из ЯпОв путем окисления тетраметилолова при температуре 400 'С в атмосфере Аг; 6) отжиг полученной структуры в атмосфере Не, стимулирующий диффузию примесей к границам зерен. Графитовая пластина служит омическим контактом к ра-области элемента, а низкоомная подложка из металлургического кремния ра-типа обусловливает появление электрического поля на границе раздела р-5! — рч-8! вблизи тыльной поверхности.
Вследствие неоднородного легирования верхнего слоя иэ-8! в нем образуется тянущее электрическое поле. При изготовлении солнечных элементов из кремниевых пленок, создаваемых методом вакуумного испарения (23), а также пленок, выращиваемых на керамических [24) и многократно используемых (31 подложках, легирование и формирование р — и- перехода осуществляются с помощью обычной диффузионной технологии. 5.4. Эффективность фотоэлектрического преобразования солнечного излучения Фотоэлектрические характеристики и значения КПД нескольких типов тонкопленочных кремниевых солнечных элементов, изготовляемых различными методами, представлены в табл. 5.1. В следующих разделах будут рассмотрены факторы, влияющие на характеристики этих элементов. 5.4.1 Фотоэлектрические характеристики КПД солнечных элементов размером 2х2 см (с просветляющими покрытиями из 51,,!Х),), создаваемых из кремниевых пленок, осаждаемых на многократно используемые подложки с последующей лазерной рекристаллизацией, достигает в условиях АМ! 12% при г',„=0,582 В, 7„„=28,3 мА/см' и РР=0,73.
Снижение КПД элементов большей площади (28 смэ) связано главным образом с уменыпением плотности тока короткого замыкания. Такие элементы при выходных параметрах Г.„=0,595 В, .7,„=23,! мА/смв и ГГ=072 имеют КПД, равный 993%. Основ- а. 4" «сссх сосо се с'3 с'с сс сч са сс и и сд са са на~хи" 1 2»й и а х асса с "Еих" аиа'1 си»ИО Е ха си со со е о Хо ы а х с с с ХР» с а. ° х » 1 ас, а 1 1 х Г о о х О.
с» ы ы о О. И о а со Е \ о ы Х О О Х а ы о с а с ы о ы о о х ы О. ы с О о а сс» „'М 1 а сс о и ы и и ы,е Р о хо 2 И с а' ы и Р И а о *. О. х Р 2 и ы е и 1 а а' йЗ и е х и ы О. х х ах ы о а' и Ы О. Ы х ох и О 1 оо х ы Р о Р о о Ю » а % и» Ы'1 оа О И ы $а и' Х 4 а» Р 1 и 1 а '" 1 » а. и » а» ОР »и и сс 1»2 ыа 1 а.в а аи„ но ~ ха 21. 2» О и* а иф" а с аа а а 11» ай И»И Ли Х Ы~ ~ "ОВ ~хО АНХО РОх иа еснниеее ее енсе»а ЙР Р д ы ОО ООСй~ ю- ~- о,- ~- о х ас с о Ъ:, г..Л.С- О оооо О соса 'о са 2! 2 2. 'с> сс Ос са ас аа са аа сс аа ИЕбб ЕЖИ~ 2;2;ОО со~~ Р 2 О а со е' со се 0 сн Яоае О''О'" до ы и И с О аа ~ о а» о са се ос сО «с са а с' са СС~ О ОС" О СС о ~ «с ис 2! О 2! ~ ~ ооо со И1 МЫМ ОсО ~МЫ нСх~ Б~ гав Глава 5 ной причиной, ограничивающей возможность улучшения характеристик солнечных элементов на основе пленок, осаждаемых на многократно используемые подложки и состоящих из большого количества зерен, по-видимому, является высокая плотность дислокаций (на отдельных участках возрастающая до 10а см-а).
Солнечные элементы на основе эпитаксиальных кремниевых пленок, выращиваемых на подложках из металлургического кремния (после его очистки с помощью одного из вариантов метода зонной плавки — так называемого метода теплообменпика) с удельным сопротивлением 0,05 Ом см, в условиях АМ! обладают КПД до 12 7а [19]. Улучшению характеристик этих элементов способствует изотипный переход, образующийся (без применения дополнительных технологических операций) между эпитаксиальной пленкой и подложкой. Робинсон и др. [19] сообщали о получении КПД более 10 ч; у солнечных элементов на основе тонких эпитакснальных пленок 51, осаждаемых химическим методом из паровой фазы на подложки из очищенного металлургического кремния с поликристаллической структурой.
Чу и др.[2]разработалн элементы болывого размера на основе эпитаксиальных пленок 81, выращиваемых на подложках из металлургического кремния, КПД которых в условиях АМ1 составляет 9 а7а (при площади 30 сма) н 8 7а (при площади 50 см'), а значения )г„, У„и ЕТ заключены в пределах 0,56... 0,58 В, 19... 22 мА/см' и 0,70... 0,72 (более крупным элементам соответствуют меньшие значения напряжения холостого хода и плотности тока коротко~о замыкания). Как показали измерения, эффективная диффузионная длина неосновных носителей заряда в этих элементах равна 15...25 мкм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
