1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Авторы полагают, что это изменение вызвано переходом от проводимости, обусловленной переносом свободных носителей заряда, к прыжковой проводимости по локализованным состояниям. Отсутствие прыжковой проводимости даже при относительно низкой температуре имеет важное значение с точки зрения возможности создания эффективных солнечных элементов. В пленках а-5(: Р: Н, изготовленных Маданом и др, (6! посредством осаждения в тлеющем разряде при отношении концентраций 5(Г4 и Нщ равном десяти, плотность локализованных состояний составляет менее !О" см-' эВ-'. Эти йленки обла- 315.
Солнечные элементы нв основе аморфного кремния 4 5 1О»гт (Г, К) 6.4.4.2 Подвижность н время жизни носителей зврядв В пленках а-51: Н, 'осаждаемых в тлеющем разряде постоянного тока и в высокочастотном разряде, дрейфовая подвижность электронов )ьая и дырок ра„при температурах 20... 400 К обусловлена прыжковой проводимостью. Измерения подвижности основных носителей заряда показывают, что при комнатной температуре рая=2 ° 10 2...5 ° 10-2 смз)(В ° с) и )сир=5 ° 10 4...
...6.10 — ' смзэг(В ° с), а соответствующие значения энергии активации равны 0,19 и 0,35 эВ (34) (см. рис. 6.7). Согласно расчетам, подвижность свободных носителей составляет приблизительно 1 смз)'(В ° с) (101, 104). дают высокой фотопроводимостью Π— — -2 и большой механической прочно- Е» О»в)=О 55 » хэ», ° м»„ стью; кроме того, их структура не ОЗО -5 изменяется под действием света. Благодаря низкой плотности локализованных состояний возможно -2 Ож легиров ание аморфного материала как донорными, так и акцепторными приэмесями, При этом для по- — 5 лучения очень высокой удельной проводимости ( 5 Ом — ' см — ') и низкой энергии активации (Ел— - 0,05 эВ) достаточно введения небольшого количества вещества.
ЗнаЧЕНня удЕЛЬНОй фОтОПрОВОдИМОСтн, Р"' В.~ те»э,"ервтУР»эь'е висииости дрейфовсй подвиж- энергии активации и темновой ности основных носителей звудельной проводимости сущест- ряда — электронов !Рк„) и дывенно зависят от отношения кон- Рок !Рвп) " пдевквх в-В): )4 центраций 51Р и Н (св4 рис 6 5) [341 Подвижность измеРЯетсЯ 4 О ' ' „' В СИ»ПВ С). Кривые зависимости удельной фотопроводимости пленок а-51:Н, создаваемых методом ионного распыления, от парциального давления аргона рлг показаны на рис.
6.6 [22). При повышении р», удельная фотопроводимость возрастает на несколько порядков величины. Увеличение парциального давления аргона от 0,7 до 1 Па не вызывает изменения темновой удельной проводимости оо, однако при дальнейшем повышении р„, ее значение возрастает, а энергия активации (определяемая из температурной зависимости оп) уменьшается. Парциальное давление водорода влияет на удельную фотопроводимость таким же образом, как и рд,. Изменения фотопроводимости и темновой удельнои проводимости при вариациях парциальных давлений аргона и водорода являютс~ следствием зависимости структурных свойств пленок а-51: Н и плотности состояний в запрещенной зоне от условий осаждения. 3!6 Глава 6 Время жизни электронов в нелегированных пленках а-51: Н, найденное по результатам измерений фотопроводимости [56], изменяется в пределах 10-'...10-' с.
Наличие зависимости времени жизни носителей заряда от интенсивности излучения обусловлено смещением квазиуровня Ферми для электронов и изменением механизма рекомбинации носителей при вариациях освещенности [56]. Измерений времени жизни неосновных носителей заряда в пленках а-31: Н до настоящего времени не проводилось, однако, исходя из характеристик солнечных элементов, на основе а-51: Н можно оценить диффузионную длину дырок (она составляет -0,2 мкм [3!]), а затем, используя значение подвижности свободных носителей заряда (-1 см'1' )(В с), определить время жизни дырок (-2 ° 10-' с).
6.4.4.3 Плотность состояний в залрещенной зоне Характеристики элементов в значительной степени зависят от энергии, плотности и типа состояний в запрещенной зоне а-31; Н. Плотность и тип состояний определяются главным образом условиями осаждения пленок. Согласно результатам измерений параметров большого количества пленок а-51: Н, полученных в тлеющем разряде, концентрация глубоких центров (ловушек) составляет 1Отз...!О" см — з [105, !06].
Плотность состояний в запрещенной зоне уменьшается при повышении температуры подложки [105, 106] и достигает минимального значения при Т„=330 'С [37, 58]. Дальнейшее увеличение температуры подложки приводит к возрастанию концентрации дефектов вследствие экзодиффузии водорода [58, 107]. При воздействии света глубокие центры заполняются носителями заряда, и в условиях «светового насыщения» [37] для пленок а-31; Н характерна высокая плотность состояний в середине запрещенной зоны. Установлено, что в пленках а-51: В: Н, осаждаемых в тлеющем разряде и получаемых с помощью высокочастотного ионного распыления, плотность состояний в запрещенной зоне равна 10'т см — ' ° э — '. 6.4.4.4 Разложение а-31: Н Термообработка при температурах, более высоких по сравпеншо с температурой осаждения (превышающих 350'С), вызывает разложение а-51: Н, сопровождающееся выделением водорода [9, 1О, 12, 108].
При уменьшении концентрации водорода количество ненасыщенных связей в а-51: Н увеличивается [109]. Выделение водорода происходит вследствие разрушения химических связей между парами атомов Н, которые при низких температурах находятся на небольших расстояниях друг от Солнечные элементы не основе аморфного кремния друга [10]. Особенности кинетики процесса разложения а-Я: Н определяются относительной концентрацией и характером распределения в пленках включений 31Н и 51Нв Вследствие экзодиффузии водорода срок службы солнечных элементов на основе а-31; Н может сократиться.
Однако результаты исследования процесса диффузии дейтерия, введенного в пленки аморфного кремния, при напряженности электрического поля — 3 ° 104 В/см, интенсивности излучения 100 мВт(смэ и температуре -300'С свидетельствуют о том, что характеристики солнечных элементов па основе а-Я: Н будут деградировать незначительно, поскольку при температуре 100'С для полного выделения водорода потребуется 10' лет. В табл. 6.3 суммированы основные свойства легированных и нелегированных пленок а-%: Н и а-Ь1: Г: Н, получаемых различными методами. 6.5 Солнечные элементы на основе гидрогениэированного аморфного кремния Для изготовления солнечных элементов применяют пленки а-31: Н, осаждаемые как в тлеющем разряде, так и с помощью высокочастотного ионного распыления.
В настоящее время лучшие характеристики имеют элементы на основе пленок а-Я: Н и а-Я1: Г: Н, получаемых в тлеющем разряде [14, 37— 39]. Их КПД составляет 4...!О в~э, тогда как при использовании пленок а-Я: Н, создаваемых методом ионного распыления, КПД солнечных элементов не превышает 2 в1о. В предыдущих разделах отмечалось, что пленки, осаждаемые посредством ионного распыления, ие обладают такими структурными и электронными свойствами, которые необходимы для изготовления высокоэффективных приборов. Однако проведенные недавно исследования гидрогенизированного аморфного кремния, получаемого методом ионного распыления при высоком парциальном давлении аргона [22, 24], показали, что при определенных условиях осаждения образуются пленки, по своим структурным и электронным свойствам не уступающие выращиваемым в тлеющем разряде.
Данные о характеристиках солнечных элементов на основе этих пленок еще не опубликованы. Ретроспективный обзор результатов разработок солнечных элементов на основе а-Я: Н выполнен несколькими авторами [37, 39, 42]. Мы же ограничимся рассмотрением характеристик современных солнечных элементов и исходя пз существующих представлений о происходящих в них процессах проанализируем механизмы потерь энергии. Основная часть приведенных данных относится к элементам на основе пленок а-51: Н и а-31; Г: Н, осаждаемых в тлеющем разряде. о с о о .и :э с '=в с о и с о х л О о енисее!ээи 9 и с с и о 'Е9 Оо С Оо сч $ Д !! о о -р сс св с с с с !:! ОХИ с.
асс и в!, еэ с;Я а а ж 1 а 5 О с О „о и ! иээеи9О 9онсед» , -еИФ»и в ф ~ ~ ооо с $ с О ;и и л и о с а о а с а 1 Б с и. вэ »эсен -9о Вон -инин н о со .о о о о о о о о сч ! о о , но .ао .о о о ! о о яе нс '9Ю о с о о с, х !! х с а О о с с о сс а !о о а а а а а о !о о а !о, нинон -жеэс соэав! х сэ с 2 с а О' с ас с. со О с с э с о о с 1 со а ' о ха а "в с! х;. О с! Р и х н'.
о Ос Б э с ,э о ос с со с? Оа а . с 'о" о со 'О о со Я О, К~ х х т ! с»" Солнечные элементы на основе аморфного кремния 319 Изпупепсе Ипсучепсе Прссуевппюссее пспрыпппе Пспвм ревев Р ПрвВевппювее к пп пепле то )о-эс.и ) о-Зс Мс р'-свй и+- ввь е- ссв".с !то тс-А! '— кермен В Свруюпурв Е ес вцвс Сппрупвуре 1-ес всвс Рис.
6.6. Схемы конструкций солнечных элементов на основе а-51: Н. а— структура с барьером Шоттки; б — структура металл — диэлектрик — полупроводник; а — р с — л-структура. 6.5.! Конструкции элементов В настоящее время КПД преобразования энергии более 6 Ъ имеют аморфные солнечные элементы трех типов. Схемы их конструкций изображены на рис. 6.8. 6.5.1.1 Элементы с барьером Шотткн Солнечные элементы с барьером Шотткн (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
