1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 74
Текст из файла (страница 74)
Благодаря тому что слой графита препятствует проникновению акцепторной примеси в СИБ, элементы обладают более высокой стабильностью. 7.4 СЖе, Сп,,Яе и Лп)п,Яе4 Фотоэлектрические приборы на основе тонких пленок СИВе, Сцв в8е и Хп1пв8е4 изучены недостаточно глубоко. Солнечные элементы со структурами и-СИБе — р-СИТе н л-СИВе — р-ХпТе, создаваемые на монокрнсталлических подложках из и-СИБе методом газотранспортного осаждения в квазизамкнутом объеме, при интенсивности излучения 85 мВт/см' имеют напряжения холостого хода, равные соответственно 0,61 и 0,56 В, и плотности токов короткого замыкания — 0,75 и 1,89 мА/смв (25).
На монокристаллических подложках нз в-8! посредством вакуумного испарения Сцв л8е изготовлены элементы с гетеро- переходом Сцв л8е — 81, у которых при интенсивности света 75 мВт/см' !гав=045 В, Х„=23 мА/см', РР=062...065 и 71= =8,8% (34]. Электрические и фотоэлектрические свойства перехода определяются соответствующими свойствами исходного кремния.
На основе Спз в8е — СИВ создают тонкопленочные солнечные элементы на стеклянных подложках как фронтально-барьерной, так и тыльно-барьерной конструкций (35). При изготовлении тыльно-барьерных элементов на стеклянную пластину наносят методом вакуумного испарения пленки Мо и Ан (толщиной 0,3 и 0,5 мкм соответственно), образующие контактную сетку, слой сульфида кадмия (беспримесного или легированного индием) толщиной 10 мкм, слой Спз „Ве толщиной 5 мкм и пленку Ап толщиной 0,5 мкм, которая служит тыльным контактом. У элементов с нелегированным слоем СИ8 в условиях АМ! =0,3...0,45 В, Х„=2... 4,5 мА/см' и т1=0,51%.
Полагают, что при уменьшении удельного сопротивления слоя СИ5 повысится напряжение холостого хода, а в результате оптимизации химического состава Сил Ье увеличится ток короткого замыкания. Низкие значения РР (-0,36) обусловлены большим контактным сопротивлением границы раздела металла с СИБ. Благодаря усовершенствованию (4!) процесса изготовления тонкопленочных элементов на основе Спв лВе — СИВ в условиях АМ1 получены следующие выходные параметры: =0,46 В, Х„=!1,6 мА/см', РР=0,62 н 71=3,3 %.
Установлено, что осаждение Спв,5е на подложки, нагретые до невысокой температуры ( — 160'С), и создание рельефа на поверхности пленки СИЯ (путем ее травления в НС! перед осаждением Спз в8е) способствуют улучшению характеристик элементов. Новые типы солнечньи элементов Злт Тонкопленочные солнечные элементы со структурой металл— диэлектрик — полупроводник на основе Сг!Зе (36! получают посредством осаждения методом вакуумного испарения на стеклянную подложку (с покрытием из хрома толщиной 0,1 мкм) при температуре 425'С слоя Сг!Зе толщиной 2 мкм со скоростью — 1 нм/с. Слой С85е имеет поликристаллическую структуру с осью с, ориентированной перпендикулярно подложке.
Состав пленок приближается к стехиометрическому; концентрация носителей заряда равна 1044 см-в, а значения их подвижности заключены в пределах 10... 30 смв1(В ° с). Затем на поверхность Сг!Зе с помощью вакуумного испарения наносят тонкий (толщиной 4... 5 нм) слой диэлектрика (Хп5е или ЗЬ45ев) и осаждают пленку золота толщиной 20 нм, оптический коэффициент пропускания которой составляет 30... 40 Ъ. Готовый образец подвергают термообработке продолжительностью 10...30 мин в атмосфере азота при температуре ниже 200'С. КПД тонкопленочных солнечных элементов со структурой металл — диэлектрик — полупроводник на основе С4!Зе превышает 5 4)о, при этом Ь'„=0,55...0,6 В, У.,=20 мА/см' (интенсивность излучения — 100 мВт(см') и РР=0,4... 0,5.
Существенное влияние на спектральную характеристику чувствительности элементов оказывает отражение излучения от металлического слоя, При указанной толщине пленки золота минимум коэффициента отражения и максимум на кривой спектральной чувствительности соответствуют длине волны света -0,5 мкм. При использовании просветляющего покрытия форма кривой значительно изменяется. Коэффициент собирания носителей заряда в коротковолновой части спектра выше, чем в длинноволновой, что свидетельствует о низкой концентрации рекомбинационных центров в области перехода и о малой диффузионной длине носителей внутри пленки Сг(5е.
Расширение области пространственного заряда за счет изменения профиля концентрации легирующей примеси, по-видимому, позволит повысить эффектив. ность собирания носителей. Согласно результатам измерений вольт-фарадных характе. ристик, диффузионный потенциал равен 0,75 В. Полагают, что его значение должно увеличиться при повышении уровня легирования. Однако легирование пленок Сг!Зе кадмием приводит к сужению области пространственного заряда и, следовательно, уменьшению коэффициента собирания носителей. При осуществленчи диффузии селена для компенсации в поверх.
постном слое донорных уровней, связанных с присутствием кадмия, напряжение холостого хода повышается до 0,7 В. Из вольт-амперных характеристик найдены следующие значения параметров перехода: диодный коэффициент п=2, плотность обратного тока насыщения 74=-6 10-в А/см' и высота барьера Фв = 0,85 э В. 348 Главе т При оптической ширине запрещенной зоны селенида кадмия, равной 1,7 эВ, напряжение холостого хода солнечных элементов на его основе может составить 0,8...0,9 В.
Для увеличения $'„, необходимо повысить уровень легирования, Если же, помимо эгого, с помошью просветляющего покрытия уменьшить потери излучения на отражение, а за счет увеличения диффузпоанюй длины неосновных носителей заряда повысить коэффициент заполнения вольт-амперной характеристики, то можно ожидать возрастания КПД элементов этого типа до 1О %. Гарсиа и Томар [37] изготовили на стеклянных подложках, покрытых слоем цинка, тонкопленочные солнечные элементы со структурой п-С68 — р-Хп1пгВе4. Пленка Хп1п8е4 толщиной 7...11 мкм наносилась на подложку при температуре 425 К методом вакуумного испарения при давлении — 1Π— 4 Па. На поверхности Хп1п~8е4 выращивался слой СЮ толщиной 3...7 мкм, Совместно с Хп!пс8е4 и С88 осаждались 8е и 1п соответственно. С помощью вакуумного испарения напылялась верхняя контакгная сетка из индия.
При интенсивности излучения 100 мВт/смз солнечные элементы имели К„„=0,27 В, 7„=16 мА/см', РР=0,31 и КПД вЂ” 15% 7.5 Фосфид цинка (Хп,Р,) Фосфид цинка относится к числу новых перспективных фотоэлектрических материалов. Его оптическая ширина запрещенной зоны равна 1,55... 1,60 эВ, а данные по коэффициенту поглощения света свидетельствуют о том, что ХпзР, относится к полупроводникам с прямыми оптическими переходами [38].
В диодах с барьером Шоттки, изготовляемых на основе пленок р-типа проводимости, при создании контакта из магния высота барьера составляет 1,0... 1,4 эВ, а при использовании алюминия — 0,75 эВ. Энергия сродства к электрону ХпзР, равна 3,6 эВ [39].
Диффузионная длина неосновных носителей заряда [39, 40], измеренная в монокристаллических солнечных элементах с барьером Шоттки на основе р-ХпзРм составляет 5... 1О мкм, а в тонкопленочных элементах — 3... 4 мкм. Анализ оптических и электронных свойств тонких пленок ХпэР, показывает, что они пригодны для создания фотоэлектрических преобразователей, однако обязательным условием является применение просветляющих покрытий. Одно из основных преимуществ этого материала состоит в том, что природных запасов химических элементов, из которых он состоит, достаточно для обеспечения крупномасштабного производства солнечных элементов.
Тонкие пленки, получаемые посредством испарения из графитовых тиглей массивных образцов ХпзР4 [39], при температуре источника 700...800'С и температуре подложки 140... . 200 'С обладают проводимостью р-типа; подвижность дырок 349 Новые типы солнечныв элементов в них составляет 10... 40 см'/(В с). При отжиге удельное сопротивление пленок может изменяться в пределах 10...!О'ОмХ Хем. Пленки ХпэР, образуют омический контакт с железом, которое согласуется с ХпэРт по параметрам кристаллических решеток и коэффициентам теплового расширения н поэтому может быть выбрано в качестве материала подложки.
КПД тонкопленочных солнечных элементов с барьером Шоттки на основе Мп— ХпэРэ 141] при интенсивности излучения 83 мВт/см' равен 2,5 '/о, и ему отвечают ~'о.=0,37 В, 7„=12,0 мА/см' и ГЕ=0,46. 7.6 Фосфид индия (1пР) Наличие у фосфида индия «прямой» запрещенной зоны шириной 1,34 эВ позволяет использовать его для создания фотоэлектрических преобразователей. Вследствие высокого оптического коэффициента поглощения свет проникает в полупроводник на малую глубину, благодаря чему не требуются пленки с очень большой диффузионной длиной неосновных носителей заряда. Параметры кристаллических решеток !пР (со структурой цинковой обманки) и С63 (со структурой вюртцита) на поверхности раздела равны аыг=0,5869 нм и у2асоз=0,5950 нм.
Таким образом, степень несоответствия параметров решеток фосфида индия в плоскости (111) и в базисной плоскости гексагонального сульфида кадмия составляет лишь 0,32%. Кроме того, поскольку 1пР и Ст)5 согласуются между собой по энергиям сродства к электрону, на границе раздела не наблюдается пика в зоне проводимости. Благодаря этому данные полупроводники образуют идеальный гете опереход. ля изготовления монокристаллических солнечных элементов на основе р-!пР— и-СЮ (с просветляющим покрытием из 5!О, создаваемым методом вакуумного испарения) используют химически полированные легированные кадмием пластины фосфида индия р-типа проводимдсти, выращенного методом Чохральского. Слой С65 толщиной 5... 10 мкм наносят с помощью вакуумного испарения вещества на поверхность подложки, параллельную плоскости (111), при температуре 200...
250'С со скоростью около 0,15 мкм/мин. Температура коаксиального изотермического испарителя, содержащего отдельно кадмий н серу, составляет 350 'С. Контакт с 1пР получают путем осаждения элекгролитическим методом слоев Ап— 2п — Ап, а на поверхность Сг(5 наносят контактную сетку из индия или сплава индия с галлием. При интенсивности излучения 53 мВт/смв КПД солнечных элементов составляет 12,5 в/о, а значения их выходных параметров равны: )т„=0,62 В, У„=!5 мА/смэ и РР=.0,71. Кривая спектральной чувствитель- 350 Глава 7 ности элементов имеет плоскую форму в интервале длин волн 0,55...0,91 мкм. Области снижения чувствительности в коротковолновом и длинноволновом диапазонах спектра соответствуют краям поглощения С85 и 1пР. Плотность обратного тока насыщения в этих элементах очень мала ( — 1Π— в А/смв).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
