Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
Стоимость, долл./Вт
5-20 2-6
1-4
1-4
Материал активного элемента:
K-Si a-Si
(тонкие пленки) a-Si + поли-Si + к-Si (тонкие пленки) многопереходные тонкопленочные элементы на основе Si
Таким образом основным элементом будущей технологии солнечных элементов иа основе кремния является гибридизация тонких слоев монокристаллического,' поликристаллического и аморфного Si, обеспечивающая высокую эффективность (как у элементов на основе монокристаллического Si) и низкую стоимость (как у элементов на основе a-Si). Эффективность же солнечных элементов на основе аморфных арсенида галлия и фосфида индия к 1990 г. может достичь 30%. Прим-, пер.
Эффективность преобразования энергии, %
12-15 6-10
10-15
18-24
Год введения в Производство
1975 1984
1986
1992
16
вызвано появлением принципиально новых технологических решений на основе новых материалов. Использование таких материалов как аморфный карбид кремния (a-SiC), аморфные кремний-германиевые сплавы (a-SiGe) и микрокристаллический кремний (мк-Si) вместе с успехами в технологии управления типом их проводимости и созданием р-п-переходов на основе новых структур позволили устранить некоторые фундаментальные ограничения, связанные с оптическими и электрофизическими свойствами прежних материалов. Этим объясняется резкий подъем кривой В1. Некоторые частные аспекты этого вопроса обсуждаются в разделе 5.1.
Возникновение в энергетических зонах локализованных состояний и их электрофизическая активность обусловлены в основном структурой химической связи вблизи дефектов, наличием примесей замещения и внедрения и электронным взаимодействием между подрешетками матрицы. Легирование примесями замещения используется с целью управления типом и концентрацией носителей заряда. А что можно сказать относительно других локализованных состояний? Всегда ли они приносят вред? Их электрофизическая активность проявляется обычно через образование центров рекомбинации и ловушек носителей заряда. Для подвижности носителей заряда в приборах, основанных на дрейфе электронов и дырок, такие "центры-убийцы" всегда вредны. Имеются, однако, примеры полезного их использования для уменьшения времени жизни неосновных носителей заряда и ускорения актов электронно-дырочного обмена. Последний эффект используется при создании СВЧ переключающих диодов и транзисторов, когда полупроводник специально легируется "атомами-убийцами".
Можно также привести неординарный пример, в котором электрофизическая активность локализованных состояний используется в качестве внутреннего контактного электрода в многослойной структуре солнечного элемента, показанной на рис. 1.2 [22]. Тот же принцип применен и при компоновке многослойных солнечных батарей на основе a-Si (Накамура Ж. и др.). Другой возможностью практического применения этого эффекта в аморфных полупроводниках является их использование в качестве универсальных омических контактов. Как видно из рис. 1.3, омический контакт подразумевает двусторонний обмен электронами и дырками на границе раздела метапл/полупровод-
1 В настоящее время круг применяемых для производства солнечных элементов материалов продолжает расширяться. Наиболее перспективными материалами являются поликристаллические, монокристаллические и аморфные пленки следующих соединений: СаА5, 1пР, Сс1Тс, Сс^е, СиРг, МоЗе^ МоБ,, \VSe-,, 1п8е, ВеВ„, ЬеВ6, МёВ6, МёР4, СаР3, РеР4, СгР4, У82, Т183, г^, г^е,. Соединения расставлены в порядке возрастания эффективности преобразования энергии солнечными элементами на их основе и перспективности их технологической обработки. Вместе с тем, широкое применение солнечных батарей на основе полупроводниковых соединений по-прежнему ограничивается их относительно высокой стоимостью. Прим. пер.
2-537
17
0'5?
i Ыр
a
Jico JlU JfCU
p> 7F
П* p
p-
ta
-©
-®
—Jt —?2
Рис 1 2 Пример внутреннего электронно-дырочного обмена на границе a-Si р-п-г^рехода, действующего в качестве внутреннего электрода ь. м=ммногослойном солнечном элементе [221; ОИО - оксиды индия-олова, Нерж. ст. - нержа веющая сталь
Риг 1 3 Низкоомные универсальные омические контакты, созданные на основе ^пользования Гоиста локализованных состояний в аморфном полупроводнике: Г-Тема оИб\яТ„1Сц^ „ринпип действия с мозаичным р/ ^«т hTo^ том [ 24]; б - предлагаемый реальный универсальный омический контакт на осно ве аморфного полупроводника
ник [23-24]. Этот новый эффект, обусловленный локализованными состояниями, может найти применение в ближайшем будущем.
При рассмотрении наряду с электрической активностью дефектов их атомной структуры и примесных атомов можно обнаружить ряд полезных эффектов. Так, например, процессы атомной диффузии, сегрегации примеси, внешнего и внутреннего генерирования приводят к образованию в объеме полупроводника вакансионных кластеров, дефектов упаковки и микродефектов. Оборотной стороной этих про-
18
цессов является существенное снижение выхода годных кремниевых управляемых вентиль-терристоров при переходе с обычного промышленного кремния на улырачистые бездислокационные монокристаллы. Этот факт показывает, что управляемость типом проводимости, как наиболее полезным свойством полупроводника, в идеальном монокристалле может бытьлегко сведена на нет. Совершенные полупроводниковые кристаллы оказываются чрезмерно структурно-чувствительными даже к небольшим количествам примесных и собственных точечных дефектов.
