1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 68
Текст из файла (страница 68)
рис. 6.8, а), процесс изготовления которых наименее сложен, обычно применяются дтя исследовательских целей. Основным недостатком элементов этого типа является относительно низкое напряжение холостого хода (не превышающее 0,6 В). Один из возможных способов изготовления элементов с барьером Шоттки состоит в последовательном осаждении на молибденовую подложку тонкого слоя (толщиной -20 нм), легированного фосфором а-81: Н, слоя нелегированного а-8г: Н и нанесении ме: тодом вакуумного испарения пленки палладия толщиной около 6 нм. Наличие легированного слоя а-81: Н способствует улучшению фотоэлектрических и диодиых характеристик элементов (39]. 6.5,1.2 Элементы со структурой металл — диэлектрик — полупроводник При создании солнечных элементов со структурой металл— диэлектрик в полупроводник (см.
рис. 6,8, б) на поверхность иелегированного а-8(: Н наносят тонкий слой диэлектрика 320 Глава 6 (толщиной 2... 3 нм), а затем осаждают пленку металла с большой работой выхода, подобного платине. Для того чтобы в полупроводниковый слой могло поступать достаточное количество света, металлическая пленка должна иметь малую толщину (-5 нм). Просветляющее покрытие (например, слой ХГОт толщиной -45 нм) позволяет снизить потери излучения на отражение [30]. 6.5Л.З Элементы с р — т — л-структурой Разработаны две модификации конструкции солнечных элементов с р — ! — и-структурой (см.
рис. 6.8, и), обеспечивающие хорошие фотоэлектрические характеристики. В первом случае используется стальная подложка, на которой создаются легированный бором слой а-51: Н толщиной -20 нм, слой нелегированного а-51: Н толщиной -0,5 мкм и легированный фосфором слой а-51: Н толщиной -8 нм [39]. Изготовление элемента завершается осаждением на поверхность внешнего слоя а-51: Н, имеющего проводимость п-типа, пленки 1ТО толщиной 70 нм, которая служит одновременно фронтальным контактом и просветляющим покрытием [39]. Солнечные элементы с р — ! — л-структурой второго типа [109] освещаются через стеклянную подложку, на которую нанесены слои 1ТО и металлокерамики (Р! — 5!От) толщиной — 60 нм и — 1О нм соответственно. Металлокерамический слой служит хорошим электрическим контактом к тонкой (толщиной -8 нм) пленке а-51: Н р-типа проводимости.
Толщина нелегированного слоя составляет 0,6... 0,8 мкм. На поверхности внешнего слоя п-типа толщиной 20 нм создается тыльный контакт, который представляет собой пленку Т1 толщиной 0,1 мкм или двухслойную систему Т1 — А1. 6.5.2 Фотоэлектрические характеристики КПД солнечных элементов с р — ! — п-структурой площадью 1,19 смт на основе гидрогеннзироваиного аморфного кремния, изготовленных в исследовательских лабораториях фирмы 11СА [39], превышает 5 а!е. Наиболее высокое напряжение холостого хода (0,91 В) получено у элементов со структурой второго типа, тогда как максимальные значения КПД 6,1 о!о н плотности тока короткого замыкания ( — !2 мА/см' в условиях АМ1) имеют элементы со структурой первого типа, освещаемые со стороны верхнего слоя и-типа проводимости.
Наибольшее значение коэффициента заполнения вольт-амперной характеристики солнечных элементов с р †! — и-структурой составляет около 0,61, а элементов с барьером Шоттки — 0,674. 321 Солнечные элементы на основе аморфного кремния 0,7 0,5 0,5 О, О,а 0,5 О,б 0,7 Л, имн Рис. 6.9. Спектральная зависимость коэффициента собирания О! носителей заряда в солнечном элементе на основе а-э1; Н с р — т — и-структурой 1-го типа [39!.
На рис. 6.9 показана кривая спектральной зависимости коэффициента собирания носителей заряда в солнечных элементах с р — 1' — л-структурой первого типа. Наблюдаемое уменьшение коэффициента собирания в коротковолновой области вызвано главным образом потерями излучения вследствие его поглощения в верхнем легированном слое. Понижение чувствительности элементов в длинноволновой области связано с уменьшением коэффициента поглощения света в нелегированном а-Б1: Н [1101. Плотность тока короткого замыкания, рассчитанная с помощью данной спектральной характеристики, в условиях АМ1 составляет 9,27 мА/смэ. Однако значение этой величины, измеряемое при солнечном освещении, из-за наличид рассеянного света, как правило, на !5 ... 20 О выше расчетного.
Диодный коэффициент освещенных элементов с р — 1 — и- структурой равен — 1,1 [391, что свидетельствует о слабой рекомбинации носителей в области перехода. Аналогичное значение диодного коэффициента получено у солнечных элементов с барьером Шоттки [11!1.
Несмотря на то что световые характеристики элементов на основе а-51: Н близки к идеальным, их темновые вольт-амперные характеристики оказываются плохими. Эти результаты можно объяснить, предположив, что протекание тока обусловлено либо процессами в области пространственного заряда [5), либо эффектом Пула — Френкеля 11 Закат № 1919 322 Глава 6 [39). В некоторых случаях плохие выпрямляющне свойства элементов при отсутствии освещения могут быть связаны с релаксацией проводимости в полупроводнике [112).
Следует отметить, что у солнечных элементов всех типов на основе а-81; Н, как и у элементов со структурой Спз5 — Со3, наблюдается пересечение темновых и световых вольт-амперных характеристик. В современных солнечных элементах с р — ! — п-структурой, у которых почти весь полупроводниковый слой обеднен носителями заряда, напряженность электрического поля в нелегированной области в режиме короткого замыкания составляет -2 104 В/см [39, 1! 31 В настоящее время у элементов площадью 4,2 мм' со структурой металл — диэлектрик — полупроводник на основе пленок а-51: Р: Н, осаждаемых в тлеющем разряде [14), в условиях АМ1 достигнут КПД около 6,3%.
В конструкцию элементов данного типа обычно входят: высокопроводящая пленка аморфного кремния и+-типа проводимости толщиной -80 нм, нанесенная на поверхность отражающего слоя молибдена, который служит тыльным контактом; фотоактивный слой нелегированного а-Я1: Е: Н толщиной -0,5 мкм (для этого слоя характерны относительно низкая плотность локализованных состояний [6[, а в рабочем режиме — небольшое последовательное сопротивление, поскольку в условиях АМ1 его удельная фотопроводимость составляет 10 '...1О-з Ом — ' см-'); слой диэлектрика (й)ЬвОз) толщиной -2 нм; пленка сплава Аи (90 '/в) — Рд (10%) толщиной -7 нм на основе металлов с болыной работой выхода и просветляющее покрытие из Хп5 толщиной 35 нм, которое является верхним слоем элемента.
Световая вольт-амперная характеристика солнечного элемента со структурой металл — диэлектрик — полупроводник, измеренная при интенсивности излучения 83 мВт/см', показана на рис. 6.10. Этот элемент имеет следующие выходные характеристики: Р„=0,75 В, /„=12,24 мА/см', РР=0,56 и в!=6,2%. Возможности усовершенствования солнечных элементов со структурой металл — диэлектрик — полупроводник связаны с оптимизацией параметров просветляющего покрытия (которое должно обеспечить минимальные потери излучения на отражение в спектральном диапазоне от ультрафиолетовой области до 1=0,6 мкм), контактов, а также значений толщины слоя собственного аморфного кремния и пь-слоя [6[.
Коэффициент выпрямленна, найденный из темновых вольтамперных характеристик элементов со структурой металл— диэлектрик — полупроводник, при напряжении 0,5 В составляет -10в. Диодный коэффициент равен 1,12, и его отклонение от значения, свойственного идеальному диоду (п=1), вызвано наличием оксидного слоя [114[. Анализ темновых характеристик, основанный иа предположении о существовании диффузионного Солнечные элементы на основе аморфного кремния В,О " 4,0 0 0,2 О,а О,В Н, В Р и с . б .
1 О, В ол ьт- ампер н а я х ар актер и сти к а сол не ч ного элемента на основе а -б ! ; Р : Н со структурой металл — диэлектрик — полупроводник [ 1 4 1; площадь элемента — 4, 2 ммз; интенсивность излучения — аз м Вт,'см '. механизма протекания тока, показывает, что измеренному значению плотности обратного тока насыщения У,=!0-" мА/смз соответствует высота барьера три=1,0 эВ ]6]. Такое же значение срв получено исходя из температурной зависимости уы Диодный коэффициент освещенных элементов не изменяется при вариациях температуры в интервале 180...
300 К, и его значение равно единице. Согласно данным Уилсона и др. [15], солнечные элементы на основе а-51: Н со структурой металл — диэлектрик — полупроводник, у которых на пленку аморфного материала нанесены слои Т[О„ и %, при освещении имитатором солнечного излучения (интенсивность света — 60 мВт/смз) имеют КПД 4,8 010. Основная часть пленки а-5[: Н (общей толщиной — 1 мкм) представляет собой нелегированный полупроводник, и лишь тонкий слой а-51: Н, прилегающий к стальной подложке, обладает проводимостью и+-типа, что обеспечивает омический контакт. Солнечные элементы не снабжены просветляющими покрытиями; если же учесть эффект просветления, то их КПД составит 6,3 07о.
При коэффициенте пропускання металлических контактов, равном 50 070, и площади элементов -7 ° 10-' смд в условиях АМ[ получены следующие выходные характеристики; Хы>96 мА/см', Уос>0,6 В и Гг=0,51. Как показали выполненные Уилсоном и др. 116] исследавания диодов с барьером Шоттки, носители, генерируемые вне области пространственного заряда, фактически не достигают перехода, что обусловливает необходимость создания тянущего электрического поля.
При высокой температуре осаждения пленок а-51: Н чувствительность элементов в длинноволновой области возрастает, однако при этом ухудшаются их диодные характеристики. Глава 6 324 О,б 200 000 аоо 500 "и Рис. 6.11. Зависимости плотности тока короткого замыкания /ас (1) и напряжения холостого хода 1'„(2) солнечного элемента с барьером Шоттки на основе а-51: Н и Р1 от температуры под. ложки Тп при осаждении пленки а-51: Н 1371.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
