1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 70
Текст из файла (страница 70)
По мере приближения уровней Ферми к краям соответствующих зон величина Ув возрастает. В связи с этим важное значение имеет сообщение о создании высокопроводящих пленок а-51: : Р: Н (с удельной проводимостью не менее 5 Ом — ' см — '), у которых уровень Ферми отстоит от зоны проводимости на 0,05 эВ 16). Некоторыми исследователями (25) получены высокопроводящие пленки а-51: Н п"- и рь-типа, которые так же, как и пленки а-51: В: Н, имеют микрокристаллическую структуру (размер зерен равен — 1О нм). Повышение удельной проводимости легированных пленок (при низкой концентрации дефектов) позволило бы уменьшить контактное сопротивление в элементах с р — 1 — п-структурой, которое обычно составляет -2... 5 Ом см', и благодаря этому увеличить коэффициент заполнения вольт-амперной характеристики.
Поскольку в очень тонком (толщиной — 10 нм) верхнем легированном слое элементов свободные носители заряда практически отсутствуют, наличие поверхностных состояний на границе раздела пленки 1ТО и легированного слоя а-51: Н может привести к уменьшению диффузионного потенциала, Кроме того, если на границе раздела образуется высокоомный слой оксида, то происходящее при этом увеличение последовательного сопротивления элемента сопровождается снижением коэффициента заполнения вольт-амперной характеристики. 6.5.4 Стабильность элементов Полагают, что солнечные элементы на основе а-51: Н обладают относительно высокой стабильностью.
Деградацию характеристик, которая наблюдалась у некоторых элементов с барье- Солнечные элементы на основе аморфного кремния 331 ром Шоттки и структурой металл — диэлектрик — полупроводник при воздействии влаги, можно предотвратить с помощью соответствующих герметизирующих покрытий [108]. Сообщалось, однако, что под влиянием термообработки в течение 1 ч при температуре 350'С или продолжительного воздействия солнечного излучения свойства пленок а-Я: Н в отдельных случаях изменяются [39, 99, 108] и характеристики элементов деградируют.
Как показали результаты недавно проведенных исследований, ухудшение характеристик высокоэффективных солнечных элементов (с КПД 7 . 8 '/в) очень существенно. 6.6 Новые разработки Создание новых материалов, открытие ранее неизвестных физических явлений, появление новых идей — отличительные особенности современного этапа исследований аморфных полупроводников. В данном разделе будет перечислен ряд новых разработок, позволивших получить впечатляющие результаты, которые, правда, являются предварительными и требуют дополнительного подтверждения.
6.6.! Новые материалы В настоящее время исследуется возможность применения в фотоэлектрических преобразователях некоторых новых аморфных полупроводников. К этим материалам относятся: гидрогенизированный аморфный бор (а-В: Н) [68], халькогенидные стекла с тетраэдрическим расположением атомов на основе элементов П вЂ” 1Ч вЂ” Ч групп периодической системы [40] и аморфные органические полупроводники [125]. Для создания пленок а-В: Н применяется метод осаждения в тлеющем разряде, который позволяет регулировать оптическую ширину запрещенной зоны полупроводника и получать ее значения, близкие к оптимальному теоретическому. При легировании а-В: Н кремнием или углеродом образуются пленки п-типа проводимости. Если в а-В: Н вводится фтор (при этом образуется соединение, аналогичное а-81: Р: Н), то оптические и электрические свойства пленок существенно изменяются.
В элементах с гетеропереходом а- — а-Я: Н плотность тока короткого замыкания составляет — 13 мА/см'.' Фотоэффект наблюдается и в пленках аморфных органических полупроводников. У изготовляемых на их основе солнечных элементов недавно достигнут КПД около 1 в/в [125]. 6.6.2 Новые технологические методы Активно изучается несколько новых методов осаждения пленок а-Я: Н большой площади.
Исследуется возможность получения пленок а-Я:Н с помощью электролитического метода ззг Глава 6 [40]; их легирование осуществляется посредством совместного осаждения основного вещества и донорной (11) или акцепторных (Оа и В) примесей. Измерения концентрации водорода показывают, что при температуре осаждения 35'С в пленках содержится 30% Н, а при температуре 70'С вЂ” менее 1% Н. Отжиг пленок при температуре 350... 460'С способствует электроактивации легирующих примесей.
Некоторые авторы [40] создавали пленки аморфного кремния методом магнетронного ионного распыления (при использовании реакционноспособных газов или легированных катодов) и на их основе изготовляли солнечные элементы с воспроизводимыми и регулируемыми характеристиками. Для нанесения пленок применялись системы как с плоским, так и с цилиндрическим катодами. Гидрогенизация и легирование аморфного кремния осуществлялись с помощью ионной имплантации. В магнетронных системах легированные пленки аморфного кремния и- и р-типов проводимости также были получены посредством ионного распыления при постоянном токе (в чистом аргоне) легированных монокристаллических кремниевых мишеней. Изучается возможность создания солнечных элементов на основе пленок аморфного кремния, осаждаемых из паровой фазы и имплантируемых ионами водорода ~[40].
Для получения тонких пленок а-Я: Н некоторые исследователи [68] применяют метод ионного осаждения. Легирование этих пленок галлием (в процессе совместного осаждения) позволяет значительно изменять их удельное электрическое сопротивление. 6.6.3 Новые конструкции преобразователей Для повышения эффективности преобразования энергии предложено создавать каскадные системы, состоящие из последовательно расположенных элементов с р — 1 — п-структурой [122, 126].
Максимальный КПД может быть достигнут при соответствующем сочетании значений ширины запрещенной зоны единичных элементов. Верхний солнечный элемент изготовляется из наиболее широкозониого материала, у остальных элементов ширина запрещенной зоны последовательно уменьшается. Сообщалось о получении широкозонных сплавов а-Я: С: Н [20, 127] и а-Я; О; Н [128]. Описи и др. [131] разработали высоковольтные интегральные каскадные преобразователи с КПД 8,7 а/ю состоящие из последовательно соединенных солнечных элементов на основе ЯзКз, а-51С: Н и а-Я: 5п. Согласно неопубликованным данным фирмы ЕСР (г.
Трой, шт. Мичиган), у элементов на основе пленок а-Я: Р: Н, осаждаемых в тлеющем разряде, получен КПД 9,2%. Представители фирмы )хСА недавно объявили о создании тонкопленочных солнечных эле- ззз Солнечные элементы на основе аморфного нремннл ментов на основе а-Я: Н с КПД 10 Ъ . Характеристики элементов на основе узкозонных сплавов а-Я: Ое: Н ухудшаются при увеличении концентрации германия [1221. К преобразователям нового типа относятся высоковольтные каскадные системы 1251, состоящие из последовательно соединенных элементов на основе а-Я: Н. Недостатком таких систем является небольшой ток короткого замыкания. 6.7 Направления дальнейших исследований Значительные успехи в области создания солнечных элементов на основе аморфного кремния дают основания для оптимистичной оценки перспектив их использования.
Однако для достижения высоких технико-экономических показателей производства аморфных солнечных элементов необходимы широкие экспериментальные и теоретические исследования и разработки в смежных отраслях. Проведенный в предыдущих разделах анализ характеристик элементов позволяет выявить проблемы, которые требуют дальнейших исследований. Предполагается усовершенствовать метод осаждения аморфных материалов в тлеющем разряде с учетом особенностей процессов, происходящих в плазме, и поверхностных химических реакций. Необходимо идентифицировать наиболее важные параметры газовой фазы и процесса конденсации и разработать способы управления ими для получения пленок высокого качества.
Более глубоко следует изучить влияние на свойства аморфных материалов нежелательных примесей и веществ, применяемых для компенсации ненасыщенных связей и легирования. Создание высококачественных легированных пленок сплава а-Я: Н с фтором требует изменения состава атмосферы разряда и условий осаждения, а также использования других легирующих примесей. Существующие элементы с гетеропереходами 1ТΠ— а-91; Н и БпОэ — а-Я: Н обладают относительно низким напряжением холостого хода 130, !29].
Эффективность элементов с гетеропереходами на основе а-Ь1: Н можно повысить, применяя новые широкозоиные высокопроводящие материалы такис, как поли- кристаллические пленки ЯС или ОаН. Для улучшения характеристик каскадных систем, состоящих из последовательно расположенных солнечных элементов, и интегральных каскадных преобразователей необходимы оптимизация их параметров и, следовательно, разработка и использование сплавов с различной шириной запрещенной зоны. Поскольку в настоящее время имеется мало данных о стабильности солнечных элементов на основе а-Я: Н, предполагается провести многочисленные испытания небольших модулей аморфных элементов в реальных условиях эксплуатации.
зза Глава 6 Результаты ускоренных испытаний позволят прогнозировать характеристики элементов на период 15...20 лет. При необходимости повышения термостойкости элементов на основе а-Я: Н потребуется модификация свойств аморфного материала. Важное значение имеют результаты Танаки и др. 1130), установивших, что выделение водорода из пленок а-Ь1: Н можно предотвратить путем введения в них атомов аргона. Полагают, что дальнейшие исследования позволят решить ряд вопросов, связанных с: определением зависимости плотности тока элементов от оптической ширины запрещенной зоны аморфных полупроводников; увеличением коэффициента заполнения вольт-ампериых характеристик; оптимизацией параметров легированных слоев; определением уровней концентраций нежелательных примесей, при которых их отрицательное влияние сказывается на характеристиках элементов; улучшением качества омических контактов и идентификацией дефектов на поверхности и в объеме пленок аморфного кремния.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
