1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 72
Текст из файла (страница 72)
Недавно Фэн и др. [6] сообщили о том, что при использовании технологического процесса СЕЕРТ 'г КПД тонкопленочных солнечных элементов на основе СзаАз повышается до 17 %. У солнечных элементов с гетероструктурой СаА1Аз— /г-СаАз — и-СаАз (без просветляющих покрытий), создаваемых на кристаллических подложках из легированного кремнием арсенида галлия методом химического осаждения из паров металлорганических соединений, в условиях АМО при интенсивности света 128 мВт/сма получены следующие характеристики: )т„=0,99 В, 7ас=24,5 мА/сма, РР=0,74 и т)=12,8 '/а [11].
КПД тонкопленочных элементов с барьером Шоттки площадью 8 см' на основе арсенида галлия, выращиваемого на покрытых слоем вольфрама графитовых подложках методом химического осаждения из паровой фазы, составляет около 3 % [9], причем в условиях АМ1 )т„=0,456 В, 7„=10,4 мА/см' и РР=0,59. Следует отметить, что параметры конструкций этих элементов не оптимизированы, Вернон и др. [13] изготовили солнечные элементы с барьером Шоттки на молибденовых подложках методом химического осаждения баАз из паров металлорганических соединений и в условиях АМ1 получили КПД 4,3 о/о, 'к'„=0,39 В, 7„=19 мА/см' и РР=0,58. Элементы аналогичного типа с пассивированными (посредством анодирования) границами зерен обладают лучшими характеристиками; при отсутствии просветляющих покрытий в условиях АМ! их КПД составляет 5,45 о при )Уос=0,49 В, Уев=20,6 мА/см~ и РР=0,54 [14]. Чу и др.
[7, 10] изготовили солнечные элементы со структурой металл — оксид — полупроводник (площадью 9 см') посредством нанесения па графитовую подложку с покрытием из вольфрама методом химического осаждения из паровой фазы слоев л-СтаАз — л~-- заАз, КПД которых в условиях АМ1 достигает 4,4 о . Элементы, не снабженные просветляющими покрытиями, имеют $'„=0 45... О 52 В, 7,„=11... 134 мА/см' и РР= =0,55... 0,68.
При осаждении на поверхность слоя и-СтаАз тонкой пленки СаА81 Р„их напряжение холостого хода повыша- о Процесс, основанный на вырашивании пленки СаЛя вдоль понерхности нанесенной на подложку маски (в отверстиях которой образуются центры кристаллизации) с последующим отделением пленки. — Прим перев. 339 Новые типы солнечных элементов ется до 0,63 В, а КПД вЂ” до 5 '/о (при плотности тока короткого замыкания 13,3 мА/см'). Полагают, что при нанесении просветляющего покрытия КПД элементов увеличится до 7,5%. Полученные этими же авторами методом химического осаждения из паровой фазы (на графитовых подложках) солнечные элементы со структурой металл — оксид — полупроводник площадью 9 см' при наличии просветляющего покрытия в условиях АМ1 имеют КПД 6,1 '/о, которому соответствуют Гол=0,5 В, Увс=!8 мА/смо и ГГ=0,675.
Недавно изготовлены тонкопленочные поликристаллические солнечные элементы площадью 9 см' на основе слоев СтаАз толщиной 1О мкм (средний размер зерен составляет -5 мкм) с КПД до 8,5% при $ос=0,56 В, У„=22,7 мА/см' и ГГ=0,67 (41). Сообщалось о создании солнечных элементов на основе монокристаллических пленок СтаАз толщиной 8 мкм, выращиваемых на монокристаллах арсенида галлия (41]. После изготовления элементы крепились к стеклянной пластине, отделялись от подложки, а затем на тыльную поверхность наносился металлический контакт. При общей площади 0,4 см' элементы имели следующие выходные параметры: )т,.=0,92 В, У„=22,0 мА/смо, ГГ=0,73 и т1=!5 о/о.
Измерения спектральных характеристик чувствительности тонкопленочных солнечных элементов со структурой металл— оксид — полупроводник иа основе ПаАз показывают, что наиболее высокие значения коэффициента собирания носителей (без учета отражения света от поверхности элемента), составляющие 0,6...0,7, соответствуют интервалу длин волн 0,6... ... 0,7 мкм [81 Значения эффективной диффузионной длины неос~овых носителей заряда, найденные из измеренных спектральных характеристик чувствительности, заключены в пределах 0,5... 0,8 мкм.
7.2.3 Анализ характеристик перехода Изучению электронных свойств переходов и их зависимости от структурного совершенства пленок в солнечных элементах на основе ПаАз посвящено лишь несколько работ. Чу и др. !8) измерили вольт-амперные и вольт-фарадные характеристики элементов со структурой металл — оксид — полупроводник (изготовленных на подложках из графита), исходя из которых определили соответственно диодный коэффициент (я=2,3) н высоту барьера (Фв=!,0... 1,02 эВ).
Полагают, что в элементах со структурой металл — оксид — полупроводник, получаемых на покрытых слоем вольфрама графитовых подложках !7), процесс протекания темпового тока (плотность обратного тока Глава 7 340 насыщения составляет — 1О-" А/см') обусловлен рекомбинацией носителей на границах зерен. Однако под влиянием границ зерен фототок уменьшается незначительно.
При .введении цинка диффузионным методом в область границ зерен происходит компенсация донорных уровней, и благодаря этому устраняется эффект шунтирования перехода ]10]. Высокие значения напряжения холостого хода солнечных элементов со структурой металл — оксид — полупроводник на основе ОаАз,,Є— л-ОаАз — и+-С1аАз обеспечивает большая высота барьера.
Согласно результатам измерений вольт-фарадных характериристик, Фа=1,2 эВ, что на 0,2 эВ больше высоты барьера у элементов с такой же структурой, но на основе лишь п-Оайз. При наличии слоя ОаАз, „Р, плотность обратного тока насыщения уменьшается на порядок величины. Гандхи и др. ]12, 14] установили, что солнечные элементы с барьером Шоттки имеют по существу аналогичные характеристики. Значения их диодного коэффициента равны 2,7 и 1,3 соответственно при низких и высоких прямых напряжениях смецгения.
П~и п=1,3 плотность обратного тока насьпцения составляет 10 ...10-' А!см'. Высота барьера, найденная по результатам измерений темповых вольт-амперных характеристик при различных температурах, равна 0,85 эВ. Концентрация носителей, определенная с помощью вольт-фарадных характеристик (при обратном напряжении смешения), составляет 6 ° 1Ом см — '. Особенности темповых вольт-амперных характеристик можно объяснить, предположив, что протекание тока обусловлено рекомбинацией носителей заряда на границах зерен.
Однако, поскольку в процессе осаждения пленки в область границ зерен внедряется большое количество примеси, их влияние на процесс собирания носителей оказывается несущественным, Эффект шунтирования перехода грцницами зерен, приводящий к увеличению обратного тока насыщения, ослабляется благодаря их пассивации посредством избирательного анодирования. Авторами работ ]!2, 14] отмечено существование зависимости фототока от напряжения смещения, что может быть вызвано рекомбинацией носителей на энергетических состояниях в области границы раздела металла и полупроводника.
7Ь Теллурид кадмия (СдТе) Теллурид кадмия имеет благоприятную для эффективного преобразования солнечного излучения ширину запрещенной зоны (1,44 эВ) и относится к полупроводникам с прямыми оптическими переходами. Он является одним из немногих соединений элементов П вЂ” Ъ'1 групп периодической системы, которые могут обладать проводимостью как и-, так и р-типов. Предельный теоретический КПД элементов с гетеропереходом и-Сг)8— Новые типы солнечных элементов 344 р-Сг!Те составляет около 17 % . Вследствие этого интерес к теллурнду кадмия не ослабевает. Солнечные элементы, в которых СЛТе применяется в качестве фотоактнвного слоя, можно разделить на трн группы: 1) элементы, изготовляемые на массивных подложках нз моно- нлн поликристаллического теллурнда кадмия, с гомопереходом [15, 16] нлн гетеропереходом, образующнмся прн наличии окна нз С68 [17 — 20], ХпС68 [17, 18], 1ТО [17, 18, 21, 22], ЬпО, [23], 7пО [18] нлн ХпБе [18]; 2) элементы с гетерооереходом на основе монокрясталлнческнх подложек нз С68 нлн ХпТе н эпнтакснального слоя Сг(Те [24, 25]; 3) тонкопленочные элементы с гетеропереходамн Ст!Те — Ст(5 н СдТе — Сп„Те [26 — 28], а также гомогенным переходом в Сг(Те [29], Массивные солнечные элементы на основе СдТе, относящнеся к первой группе, обладают наилучшими характернстнкамн.
Элементы второй группы, в которых применяются пленки Сс!Те, осаждаемые на монокрнсталлнческне подложки, имеют довольно высокую стоимость, однако, поскольку онн являются связующим звеном между массивными н тонкопленочными элементами, изучение нх характеристик представляет значительный интерес. Для широкомасштабного применения подходят элементы лишь третьей группы. Онн и будут наиболее подробно рассмотрены в данном разделе. У солнечных элементов с гетеропереходом Сг(5 — Сс!Те, нзготовляемых посредством эпнтакснального осаждения СЮ нз паровой фазы на пластины р-Ст!Те [19], в настоящее время получен наиболее высокий КПД, равный 10,5 % в условиях АМ1,3 (ннтенснвность излучения — 68 мВт/см') прн =0,67 В, У,с=20,1 мА/смэ н РГ=0,59.
Если определить нх КПД по отношению к активной поверхности, то его значение составит 11,7 о/с. У солнечных элементов, создаваемых на подложках нз р-СбТе с помощью вакуумного испарения Сг!5 [18], КПД (рассчитанный по отношению к активной поверхности) равен 7,9 о/о прн У„=0,63 В, /т,=!6,1 мА/см' н ГЕ=0,66. Элементы с гетеропереходом !ТΠ— р-Сг(Те, у которых слой !ТО наносится методом ионного распыления [22], имеют КПД до 8 /о прн =0,82 В, 7„=14,5 мА/см' н ЕЕ=0,55. Спектральная область чувствнтельностн элементов со структурой С 58 — /т-Сс(Те, нзготовляемых методом осаждения нз паровой фазы [19], ограничена значениями длины волны 0,52 н 0,86 мкм, причем в днапазоне 0,58...
0,81 мкм кривая чувствительности имеет плоскую форму. Спектральные положения коротковолновой н длннноволновой границ области чувствительности определяются значеннямя ширины запрещенных зон соответственно С65 н Сне н не зависят от напряжения смещения, которое влияет на эффектнвность собирания носителей заряда н, следовательно, на фототок. Другая интересная особенность этих элементов состоит в том, что разделяющий носители заряда электронно- 342 Глава 7 дырочный переход формируется не на границе раздела С65 и Сг)Те, а в глубине слоя Сг(Те, на расстоянии от его поверхности, равном нескольким микрометрам, что связано с образованием слоя л-Сне в результате диффузии индия из С68 в р-СЙТе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
