Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
В работе рассмотрены фотовольтаические свойства, гибкость, стабильность и морфология поверхности слоев a-Si: Н солнечных элементов с гетерограницей p-i-n/ОИО (оксиды индия - олова), полученных плазменным осаждением на пленочной подложке из органического полимера.
Приводится ряд данных по зависимости характеристик элементов от условий осаждения, дополнительной термообработки и т.д. На элементах, в которых вместо аморфного слоя и-типа применен слой микрокристаллического кремния и-типа и которые изготовлены на подложке полимерная пленка/распыленный слой нержавеющей стали, достигнут к.п.д. 6,36 %. Эта величина несколько ниже значения к.п.д. (7,0 %) для элементов, полученных на зеркально-полированной пластине нержавеющей стали. Частично это можно объяснить большей шероховатостью поверхности подложки и неоднородностью толщины слоя a-Si: Н в элементах на подложке поли-мер/нерж. ст.
5.5.1. Структура статьи
Большинство солнечных элементов на основе a-Si :Н производится на пластинах из нержавеющей стали (Нерж. ст.) [27] или на подложках из прозрачных проводящих стекол - используются оксиды индия - олова (ОНО) или оксид олова [ 73, 74). Авторы данной работы использовали в качестве подложки органическую пластиковую пленку благодаря ее малой толщины, малой массы и гибкости и возможности организации непрерывного производства в виде рулонов.
В настоящем обзоре рассмотрены гибкость и стабильность a-Si: Н-солнечных элементов с гетерограницей p-i-njOMO на полимерных пленочных подложках, а также некоторые результаты экспериментального исследования электрических свойств
268
этих элементов, изготовленных при различных условиях плазменного осаждения' [ 75]. В работе содержится аналих различий к.п.д. элементов на подложках из листовой нержавеющей стали и полимерной пленке, связанной с морфологией поверхности слоев a-Si: Н. Показано, что солнечные элементы на основе a-Si: Н с к.п.д. 6,36 % могут быть получены на органической полимерной пленочной подложке при использовании микрокристаллического л-слоя вместо аморфного я-слоя в инвертированном р-/-л/о//Осолнечном элементе 11 3].
5.5.2. Методика получения солнечного элемента иа полимерной пленочной подложке
Структура элемента
В качестве гибкой органической полимерной подложки использовалась полии-мидная пленка благодаря ее чрезвычайно высокой термической стабильности. На эту пленку напылялся тонкий металлический контактный слой нержавеющей стали (SUS304). Слои a-Si: Н p-, i- и и-типа последовательно осаждались на металлический контакт разложением силана в тлеющем разряде. Затем наносился прозрачный лицевой электрод из оксида индия-олова (ОНО). Схематически структура солнечного элемента представлена на рис. 5.5.1.
Рис. 5.5.1. Структура солнечного элемента
на основе a-Si : Н [ 78]:
ОНО -„ оксид индия - олова; Нерж. ст. -
нержавеющая сталь; П.п. - полимерная
пленка
_ЕЗ Ад (1000 А) 0И0(600%) ~ п(ЮОА)
bzzzzzzzzzzztzA
i (5000 А)
PI500A) Нерж. с гл. (5000 А)
П.П.(125мкм)
Обработка полиимидной пленки перед использованием ее в качестве подложки
Применялась полиимицная пленка марки KaptonН-типа (Е. 1. duPont) толщиной 125 мкм). Основное достоинство этой пленки заключается в том, что она выдерживает при осаждении в тлеющем разряде температуры вплоть до 300 °С. Поверхностная шероховатость пленки в состоянии поставки составляет 0,2 мкм при усреднении по центральной линии. Пленка в состоянии поставки не может быть использована в качестве подложечного материала из-за термической усадки после цикла нагрева 25-300 °С и газовыделений (абсорбированная вода и остаточный органический растворитель) при высоких температурах.
Начальные характеристики солнечных элементов на основе a-Si:H, изготовленных на пленке в состоянии поставки, относительно хорошие, но они деградируют при изгибе до радиуса кривизны 4 см и после выдержки в течение нескольких суток при 25 °С и относительной влажности 40-80 %. Однако было найдено, что эти нежелательные изменения можно устранить отжигом поставляемой пленки в вакууме.
269
Солнечные элементы на основе a-Si: Н, изготовленные на термически обработанной полиимидной пленке, стабильны и их можно сгибать при практическом использовании.
Изготовление элементов на полиимидной пленочной подложке
Полиимидная пленка отжигалась 30 мин в вакууме при 300 °С. Затем магнетрон-ным высокочастотным (13,56 мГц) распылением в аргоне сразу же наносился слой нержавеющей стали толщиной 0,5 мкм. Слой a-Si: Н на структуре полиимидная пленка/распыленная Нерж. ст. создавался с помощью высокочастотного тлеющего разряда в атмосфере разбавленного водородом силана (10 % объемн. SiH4). Для легирования с целью создания слоев a-Si: Н п- и р-типов использовались добавки разбавленного водородом фосфина (РН3) или диборана (В,Не) в газовую смесь SiH4 + Н2. Типичные условия осаждения слоя a-Si: Н приведены ниже [ 78]:
Вид разряда
Плотность мощности, Вт/см2 Давление газа, Па 8Ш4/Н2, % (объемн.) РНЭ/5Ш4,% В,Н6/5Ш4,%
Скорость потока газа, станд. см3/мин Скорость осаждения, мкм/ч
ВЧ (13,56Мгц) тлеющий разряд
