1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 61
Текст из файла (страница 61)
3.1. Влияние диффузионной длины носителей заряда и размера зерен а пленке кремния на диффузионную 101 и рекомбинапиопно-генеранионную а'10 состанляющие плотности обратного тока насыщения а солнечных элементах, изготовленных методом вакуумного испарения [231. и) заииси. ность Ую от диффузионной длины Е носителей; б) зааисимость 000 от размера .зерен г (предел разрешения метода поверхностной фото-э. д. с.
— 4 мкм). 0,21 1,О о Е й а,1 б О,10 ь 0,10 а,оа О,О1 О 7 0 б в а Г, МВМ О 7 0 б В 10 химическим осаждением нз паровой фазы, также содержит два экспоненциальных члена. Согласно данным Варабисако и др. [17), /01«10 —" А/см', /02-!О-т А/см', п,=1 и п,=2. Чу н др. 120] отмечают, что солнечные элементы с барьером Рис.
3.2. а) Зависимости напряжения холостого хода )г„г и плотности тока короткого замыкания 000 СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНтон, изготоаленпых метоДОМ Вакуумного испарения, от размера зерен г а пленке кремния; сплошная линия — теоретическая зависимость )7 г от г; б) Зависимости 10ПД солнечных элементов от размера зерен г а пленке кремния; ) — экспериментальные данные [23], 2 — 5 — результаты расчета различных авторов: 2 — [32), д — [34), 4 — [31), 5 — [33). Поликрнстлллинеские кремн, соли. клементы 2в5 Шоттки и р — п-переходом, изготовленные из пленок 81, нанесенных на стальные подложки методом химического осаждения из паровой фазы, обладают плохими диодными характеристиками.
Диодный коэффициент элементов с р — и-переходом и барьером Шоттки, рассчитанный исходя из прямых вольтамперных характеристик, равен соответственно 3,9 и 2,8, тогда как для монокристаллических элементов с р — и-переходом значение этого коэффициента составляет 1,8, а для идеальных барьеров Шоттки — 1. В тонкопленочных элементах с р — п-переходом плотность обратного тока насыщения на несколько порядков величины выше, чем в монокристаллических элементах, имеющих аналогичный профиль распределения примесей, а в солнечных элементах с барьером Шоттки — существенно больше, чем в элементах с р — и-переходом. Большие обратные токи в тонкопленочных элементах, создаваемых на подложках из стали, связаны с малым размером зерен в пленках 8! и наличием механических напряжений в области перехода.
В случае использования кремниевых пленок, нанесенных на подложки из графита !20], элементы обладают лучшими выпрямляющими свойствами. Значение диодного коэффициента, найденное из прямых вольт-амперных характеристик данных элементов и равное -1,9, сравнимо с его значением в монокристаллических элементах, что свидетельствует о слабом влиянии границ зерен в этих пленках на процесс протекания тока. Обратные токи в элементах, изготовляемых на графитовых подложках, по меньшей мере на порядок величины ниже, чем в элементах на подложках из стали.
Чу и Сингх [21] установили, что пассивация границ зерен с помощью сильного легирования способствует улучшению тем. новых вольт-амперных характеристик солнечных элементов на основе пленок 81, нанесенных на подложки из металлургического кремния посредством химического осаждения из паровой фазы. Авторами также отмечено, что параметры как прямых. так и обратных вольт-амперных характеристик солнечных элементов со структурой пч-8! — й"-8! — металлургический кремний значительно превосходят соответствующие параметры элементов со структурой ь+-8! — р-Я! — металлургический кремний, причем улучшение свойств перехода сопровождается улучшением фотоэлектрических характеристик. Основываясь на результатах измерений тока, наведенного электронным лучом, и вольт-амперных характеристик, Сигер и др.
!30] приходят к выводу о том, что насыщение границ зерен поликристаллических солнечных элементов водородом оказывает благоприятное влияние на их параметры. Гидрогенизация элементов позволяет заметно улучшить темновые вольт-амперные характеристики (см. рис. 5.3) и очень существенно понизить обратный ток. В другой работе, выполненной Сигером и Джинли Глава 5 286 га 1 го-' ." гое а 5 Е и го-я Е Ю ю-а и а го-в з,о 3,5 а,о а а,г аэ а,а а,в гоак г 1т, к) Рис.
5.4. Температурные зависимости диффузионной уаг и рекомбинационно-генерационной 1,а составляющих плотности обратного тока насьпцевия диодов, изготовленных на возвышенных участках пленки кремния и в углублениях поверх ности [161. Рис. 5.3. Темновые вольт-амперные характеристики поликристаллических кремниевых солнечных элементов с л — р-переходом непосредственно после изготовления (1, 2) и после обработки в водородной плазме (1', 2'] в течение 16 ч при температуре 350 'С и давлении 270 Па(301. Ток 1 измеряется в Л, напряжение о' — в В. [36], подобраны режимы процесса гидрогенизацпи, обеспечивающие устранение всех потенциальных барьеров (которые могут быть обнаружены известными способами) на границах зерен, заключенных в поверхностном слое кремния толщиной 0,2...0,6 мм.
Важными параметрами, определяюгцими эффск. тивпость процесса пассивации, являются форма разряда, возбуждаемого в водороде, плотность плазмы, а также температура и качество поверхности слоя поликристаллического кремния. С помощью изящного эксперимента, состоявшего в изготовлении нескольких мезадиодов иа отдельных участках поли- кристаллической эпитаксиальной пленки Вг (выращеииой на подложке из металлургического кремния) с различной микро- структурой и измерении их темповых вольт-амперных характеристик, Чу и др. [16[ установили, что фотоэлектрические свойства элементов зависят от микроструктуры пленки.
В полученных диодах реализуются два механизма протекания тока, которым отвечают и, =1 и пг) 1,6. Значения Х,г диодов, расположенных на возвышенных участках поверхности пленки % и в углублениях, совпадают с У„монокристаллических эпитаксильных диодов, имеющих аналогичные значения удельного сопротивления и толщины п- и р-областей. Плотности обрат- 287 Поликристаллинеские кремн. соли. элементы ного тока насыщения У,т диодов, находящихся на возвышенных участках, и монокристаллических диодов одинаковы.
Повышенные значения У,т диодов, изготовленных в углублениях поверхности пленки 51 и содержащих хаотически ориентированные кристаллиты, дают основание предположить, что в области границ зерен содержится большое количество рекомбинацнонных центров С помощью температурных зависимостей Уы и Ум (см. рис. 5.4) определены соответствующие значения высоты барьеров Фв| и Фвт. .для диодов, находящихся в углублениях, Фв,=1,17...1,24 эВ и Фаз=053....063 эВ, а для диодов, расположенных на возвышенных участках, Фн1=1,19... 1,24 эВ и Фас=0,58...0,66 эВ. Эти значения согласуются с предсказанными теоретически, а именно: Фас=Ей и с]твэ — — 1]2Егн Диодные характеристики солнечных элементов на основе тонких дендритных пленок кремния, получаемых на подложках из оксида алюминия [22], отличаются от ранее рассмотренных характеристик.
Протекание темпового тока в этих элементах обусловлено процессами, происходящими в области пространственного заряда, причем ток изменяется пропорционально квадрату напряжения, Вероятно, важную роль в этих процессах играют глубокие примесные уровни. 5.4.3 Механизмы потерь Как показывает проведенный выше анализ, характеристики тонкопленочных кремниевых солнечных элементов в значительной степени зависят от свойств границ зерен. Низкая эффективность собирания неосновных носителей заряда вследствие их интенсивной рекомбинации.на границах зерен и невы. сокое качество р — и-перехода являются двумя основными факторами, отрицательно влияющими иа характеристики тонкопленочных поликристаллических солнечных элементов. К результатам оценочных расчетов некоторых авторов [23], определявших размер зерен, который обеспечивает достижение КПД вьпце 10 а)о, следует относиться критически, поскольку на процесс переноса неосновных носителей заряда, помимо границ зерен, могут влиять глубокие примесные уровни, концентрация легируюп1ей примеси, дефекты микрострукТуры (например, дислокации и вакансии) и механические напряжения.
Кард н Хуанг [37] провели теоретическое исследование тонкопленочных кремниевых элементов с барьером Шоттки с учетом таких параметров, как концентрация легирующей примеси, размер зерен, разность потенциалов, возннкаюгдая на межзеренных границах, и плотность состояний на границах зерен.
Кард и Янг [33] изучали влияние интенсивности излучения на высоту потенциального барьера на границах зерен. 'Важный результат, полученный в ходе исследований этих эле- Глава 5 гвв „,, гм щ-г о' °,-5 1О ' 1 с :с-' 1о-' 1з-' Од сл 1 3 О,Б Рис. 5.5. теоретические зависимости относительного количества йгг границ зерен, содержащих активные рекомбинзционные центры, от напряжения смещения Р', приложенного к элементу с барьером'Шоттки, при различных размерах зерен: 1О ' см (1), 10 е см (2), 10 — з см (д) и 1О з см (4) (а); зввисимости эффективной диффузионной длины Ееп неосновных носителей ззряда от размера зерен г при различных напряжениях смещения (г (б) 1371; сплошные линии соответствуют высоте потеицизльного барьера нв границах зерен гве —— 0,5 В, штриховые линии — Фд =- 0,6 В.
ментов, состоит в том, что относительное количество границ зерен, содержащих активные рекомбинационные центры, зависит от напряжения смещения (см. рис. 5.5,а) [371. На рис.5.5, б показаны зависимости эффективной диффузионной длины не- основных носителей заряда от размера зерен прн различных напряжениях смещения для двух значений разности потенциалов на границах зерен. Ву и др. [381 изготовили солнечные элементы с барьером Шоттки на основе алюминия и поликристаллического кремния и установили, что малоугловые границы зерен почти не влияют на вольт-амперные характеристики. Согласно измерениям, днодный коэффициент элементов, содержащих двойники и малоугловые границы зерен, равен 1,17.
При наличии большеугловых границ зерен, на которых сосредоточены центры рекомбинации и ловушки, вольт-амперные и низкочастотные вольт-фарадные характеристики элементов существенно изменяются вследствие увеличения рекомбинацион. ого тока и снижения эффективной подвижности носителей заряда. Рекомбинационные процессы вызывают потери носителей заряда, Влияние микроструктуры и, следовательно, условий осаждения пленок на потери носителей изучено довольно подробно, тогда как детальных исследований потерь излучения 289 Полккрксталлнческке кремн, соли.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
