1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 77
Текст из файла (страница 77)
Тыльнобарьерные элементы обладают повышенной эффективностью (их КПД составляет 5,7 % при )700=0,44 В, Уы=22,5 мА/см' и РР=0,59) благодаря более полному поглощению света и при наличии окна из Сд5 и лучшим характеристикам перехода. Кроме того, как показывают результаты исследований (методом оже-спектроскопии) химического состава, Рис. 7.5.
Вольт-ампернан харак- элементы тыльно-барьерной теристика тонкопленочного солнеч. конструкции имеют более рез- ного элемента на основе р-св1п5еа— кий переход 157). У элементов ванин измеренная в счовинх ам! п-С55 с переменным уровнем легиро. подвергавшихся химическому при интенсивности излучения !01,5 травлению, на границе раз- мВт/см' 1541. дела обнаружен слой оксида. На рнс. 7.6 изображена кривая спектраль- "' ной зависимости коэффициента собирания но- "' сителей заряда в тонкопленочном солнечном элементе на основе Сп1п5е,— С68 с перемен- 0,2 ным уровнем легирования, нмеюп!ем КПД аз 0,0 0,7 0,0 9,53 % (54). Коэффициент собирания Су имеет высо- Рнс. 7 5. Кривая спектральной зависимости коэффициента собирания Я носикие (более 0,85) и по'7тн телей заряда в тонкопленочном солнечном одинаковые значения в элементе на основе Сп!пзе,— С55 1541. интервале длин воли д= =0,60... 0,95 мкм (вся область чувствительности элемента ох- ватывает диапазон Х=0,5...1,1 мкм).
Спектральное распределе- ние коэффициента собирания носителей в элементе с КПД 5,7 %, изготовленном Казмерски и др. (54), однородно при 1=0,58... .. 1,3 мкм, однако значения Я в этой области существенно ниже (0,50... 0,55), 20 а 02 од Ка 358 Глава 7 Балдхаупт и др.
[54[ подробно изучили влияние термообработки, осуществляемой при температуре 200'С и различном составе атмосферы, на характеристики элементов. Авторы отмечают, что в результате отжига ток короткого замыкания возрастает независимо от состава окружающей среды, в то время как напряжение холостого хода и коэффициент заполнения вольт-амперной характеристики увеличиваются при термообработке в смеси водорода с аргоном или на воздухе и понижаются при отжиге в чистом водороде или вакууме. Казмерски и др. [57! исследовали методом оже-спектроскопии тонкопленочные солнечные элементы на основе Сп!п5ез— С85, изготовленные в едином технологическом цикле и подвергнутые термообработке продолжительностью 2 ч при температуре 600 К.
Авторы установили, что кадмий диффундирует из С58 в пленку трехкомпонентного соединения Сп!падет. Энергия активации этого процесса равна 1,5 эВ, а коэффициент диффузии атомов кадмия составляет 10-' см'/с. При температурах, не превышающих 575 К, диффузия меди в Сд5 почти не наблюдается. Поскольку при низких температурах Си!пЯез существует в виде единственной фазы, а атомы меди, находящиеся в кристаллической решетке халькопирита, прочно связаны с другими атомами, элементы на основе Си!п5ев — С85 должны обладать большей стабильностью, чем приборы со структурой Сцв5 — С85 [53[. Всесторонних испытаний солнечных элеменгов на основе Сп1п5е,— С88 не проводилось, однако, учитывая, что за период, равный нескольким неделям, их напряжение холостого хода и ток короткого замыкания уменьшаются незначительно, можно предположить, что эти элементы относительно стабяльны.
Свойства переходов в солнечных элементах на основе Сп1п5ев — С68 подробно не изучались. Согласно имеющимся данным [531, ток, проходящий в прямом направлении, связан с напряженнем экспвненциальной зависимостью, а диодныи коэффициент равен 1,9...2,1, что свидетельствует о преобладании рекомбинационно-генерационного механизма протекания тока. Валдхаупт и др. [54[ выполнили анализ потерь энергии в высокоэффективных элементах с переменным уровнем легироваиия. Авторы установили, что последовательное сопротивление элементов составляет 1,2 Ом, шунтирующее сопротивление — 10' Ом, плотность обратного тока насыщения— 1,8 1Π— ' А/см' и диодный коэффициент — 1,3, По их мнению, уменьшение последовательного сопротивления до 0,5 Ом позволит повысить КПД до 10,6 в!в. Исследована возможность создания солнечных элементов данного типа, содержащих слой ХпСЮ вместо СИЯ.
У тонкопленочных элементов со структурой Сп!п5ез — ХпС58 площадью 1 см' получен КПД 1О в!а [58[. Новые типы солнечных элементов 359 В заключение следует отметить, что разработано несколько новых трех-, четырех- и пятикомпонентных соединений меди, предназначенных для изготовления солнечных элементов. Фотоэффект обнаружен в тонкопленочных структурах с гетеропереходами р-Сп!пТеэ — п-Сг)Ь и р-Сп!п5э — п-С65, созданных методом вакуумного испарения [45]. У элементов на основе Сц1пЯэ КПД достигает 2,55 Уэ. Тонкопленочные солнечные элементы на основе С65 — СпОаЯео,деТеэло (56], полученные с помощью вакуумного испарения в сочетании с ионным распылением, имеют Рос=0,5 В, У„=0,9 мА/смэ, БЕ=0,35 и п=0,1 то.
При использовании крупнозернистых керамических пленок Г„=0,43 В, У„=26 мАУсм' и БР=0,40. Методом пульверизации с последующим пиролизом созданы четырех- и пятикомпонентпые сплавы Си1п55е и СцАп1пЯЯе, которые согласуются с СдЯ по параметрам кристаллических решеток и значениям ширины запрещенной зоны. Однако солнечные элементы иа основе этих материалов еще не изготовлены. 7.8 Оксид меди [Сп,О) Оксид меди, имеющий «прямую» запрещенную зону шириной 1,95 эВ, вполне подходит для преобразования солнечного излучения. Элементы на основе Сц,О обладают невысокой эффективностью, однако интерес к исследованию этого материала обусловлен чрезвычайно низкой стоимостью процесса его получения.
Соответствующим образом ориентированные пленки СцэО могут быть выращены посредством нагрева медной подложки на воздухе при температуре 1050'С. При этом на границе раздела Сп и СцэО образуется барьер Шоттки [59]. Изготовление тыльно-барьерного солнечного элемента (с барьером Шоттки) на основе Сц — СцэО завершается созданием омического контакта к пленке СцэО. Для получения фронтально- барьерного элемента поверхностный слой пленки СцэО восстанавливают, в результате чего образуется переход Сп — СцэО.
Структура с барьером Шотткн образуется также и при нанесении на поверхность пленки СцэО слоя металла. Олсен н Бохара [59] создавали тыльно-барьериые элементы па основе Сц — СцэО, помещая на несколько минут в печь с температурой 1050'С очищенную медную подложку (для получения пленки СцэО), а затем резко охлаждая оксидированную пластину с помощью дистиллированной воды. Слой СцО, образуюгцийся в процессе закалки, удалялся посредством травления в 20 э(э-ном растворе )х)аС)х).
Образцы промывались, п для создания омического контакта иа поверхность СцэО из паровой фазы осаждались медь или никель. Фронтально-барьерные элементы представляют собой по существу приборы со структурой металл — диэлектрик — полу- проводник. Диодный коэффициент, найденный из вольт-амперных характеристик, оказывается величиной более двух. Значения диффузионного потенциала !'гг, определяемые по результатам измерений вольт-фарадных характеристик, с достаточной степенью точности совпадают с расчетными значениями рв для модели элемента со структурой металл — диэлектрик— полупроводник.
Измерения вольт-амперных характеристик и фотоотклика показывают, что значения высоты барьера заключены в пределах 0,7...0,8 эВ. У элементов со слоем СцвО толшиной 161 и 37 мкм коэффициент собирания носителей при длине волны а=0,65 мкм равен 0,25 и 0,65 соответственно. Основываясь на результатах расчета, Олсен н Бохара [59! приходят к выводу о том, что при оптимальной толщине слоя диэлектрика и малом последовательном сопротивлении элементов их КПД может превысить !О Ъ.
В настоящее время лучшие элементы на основе Сц — СцвО при интенсивности излучения 100 мВт!см' имеют г'.,=0,37 В, У,в=7,7 мА!см', ГГ=0,57 и г1= 1 6% !4Ц. 7.9 Органические полупроводники Органические полупроводники привлекают внимание вследствие низкой стоимости и возмогкности их получения в необходимом количестве при крупномасштабном производстве фотоэлектрических преобразователей. Однако в силу определенных свойств, присущих этим материалам, создаваемые на их основе солнечные элементы обладают очень низкой эффективностью.
В одной из ранних работ, посвященных анализу КПД солнечных элементов на основе органических полупроводников, Фэнг !60~ показал, что если один из двух контактов на поверхности органического полупроводника не будет обладать диодными характеристиками, то возможно получение КПД около 0,01 е7в. Гош и др. !61, 621 изучали фотоэлектрические и диодные характеристики солнечных элементов с барьером Шоттки на основе А1- — Мд-фталоцианин — Ад и со структурой А! — тетрацен — Ац.
Авторы установили, что у элементов на основе фталоцианина магния ток короткого замыкания 1„связан с интенсивностью излучения Н зависимостью /в-Нв'. Для напряжения холостого хода Г„справедливо соотно пенне Г„-1пН, типичное для элемеятов с барьером Шотткн или р — и-переходом, Отмечается, что солнечные элементы имеют большое последовательное сопротивление. Диффузионная длина электронов, найденная с помощью спектральной характеристики чувствительности, равна 1,5 ° 10 е см. Чувствительность элементов зависит от направления падения света.
Согласно результатам измерений вольт-фарадных ха- Новые типы солнечных элементов рактеристик, диффузионный потенциал составляет 0,6 В, а ши. рина обедненного слоя — 2,5.10-' см. Коэффициент собирания фотогенернрованных носителей равен 1,5 10-'. Если свет с длиной волны 0,69 мкм поступает в элемент со стороны слоя алюминия, то КПД составляет около 0,01 %. В элементах на основе тетрацена [62] протекание тока при прямом напряжении смещения обусловлено процессами, происходящими в области пространственного заряда при участии дырок, ннжектиоуемых пз слоя Ац.
Установлено, что /,„-Нн, где п=- =-0,6...!. Как и у элементов на основе фталоцианина магния, спектральная чувствительность элементов на основе тетрацена зависит от направления падения света. У элементов со структурой Сг — хлорофилл а — Нп 163], при создании которых мцкрокристаллическая пленка хлорофилла а осаждается электролитическим методом, коэффиппент выпрямления составляет 10в. Прямая темновая вольт-амперная характеристика описывается уравнением Шокли, причем у элементов площадью 0,08 см' диодный коэффициент равен 1,6, а обратный ток насыщения — 2.!О-н А.
Измерения показывают, что КПД преобразования энергии излучения с длиной волны 0,745 мкм прн мои!ности падающего светового потока 6 ° 10-' Вт составляет 0,01 %. При таком уровне освещенности напряжение холостого хода элементов, равное 0,32 В, не зависит от интенсивности света Н, тогда как ток короткого замыкания меняется по линейному закону при вариациях Н.
Коэффициент собирания носителей заряда в элементах этого типа составляет 0,007. Солнечные элементы с барьером 111оттки на основе фталоцианнна (в состав которого не входит металл), диспергированного в органическом связующем и заключенного между электродами из 5пОт. ВЬ и А1 !64], при низкой интенсивности излучения (0,06 Вт/м') с длиной волны 0,67 мкм имеют КПД более 6%. Если экстраполировать зависимость КПД от интенсивно. сти излучения к значению Н света с длиной волны 0,67 мкм, содержащегося в солнечном спектре при максимально возможной общей интенсивности, составляющей -1400 Вт/и', то КПД уменьшится до 0,01 %. Это снижение эффективности элементов может быть связано с влиянием процессов, происходящих в области пространственного заряда. Напряжение холостого хода элементов данного типа достигает 1,1 В. Возможность улучшения их характеристик ограничена вследствие существования зависимости коэффициента собирания носителей от напряженности электрического поля в области пространственного заряда.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
