Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
при концентрации Zn, не превышающей 8%, а значение Voc> отвечающее концентрации Zn, равной 8%, составляет 0,63В.
Банерджи и др. [19] подробно исследовали характеристики солнечных элементов на основе Cu2S—ZnxCdi-xS, изготовляемых методами вакуумного испарения и пульверизации с последующим пиролизом. Согласно результатам авторов, максимальные значения КПД элементов, получаемых данными методами, составляют соответственно 6,5% (при х=0) и 5,6 % (при х=0,1). Зависимости Voc, he, FF и КПД этих элементов от кон-центрации ZnS показаны на рис. 4.14. Плотность тока короткого замыкания элементов, создаваемых с помощью вакуумного испарения, уменьшается при повышении х, а у элементов, изготовляемых посредством пульверизации, зависимость Isc от состава слоя ZnxCdi-xS имеет максимум при *=0,1. У тыльнобарьерных элементов, получаемых методом пульверизации, при введении цинка в CdS коротковолновый край спектральной чувствительности смещается в область меньших значений длины волны.
Сингх и Джордан [97] с помощью метода пульверизации изготовили солнечные элементы на основе Cu2S—ZnxCdi_xS, имеющие стабильное напряжение холостого хода, значение которого достигает 0,784 В (при лс=0,55). При наличии освещения ширина обедненного слоя в пленках ZnxCdi_xS при повышении х увеличивалась с 0,16 до 0,31 мкм. Изменение значения х от 0 до 0,55 вызывало уменьшение Jsc с 18,7 до 1,9 мА/см2. Мартинуцци и др. [28] показали, что в элементах, создаваемых
Солнечные элементы на основе сульфида меди
265
методом пульверизации, изменение концентрации Zn от 0 до 5 % приводит к повышению Voc с 0,48 до 0,58 В и снижению Jsc с 14,5 до 11 мА/см2.
Дас и др. [74] измерили вольт-амперные характеристики солнечных элементов на основе Cu2S—Zn^Cdi-xS и установили, что при всех возможных значениях х существуют два механизма протекания тока. Повышенным напряжениям соответствует диодный коэффициент /2=1, а пониженным — п = 2. В элементах, получаемых методом пульверизации, высота барьера фв при протекании обратного тока изменяется от 0,86 эВ при х=0 до 0,96 эВ при х=0,2. В элементах, изготовляемых с помощью вакуумного испарения, фв увеличивается с 0,98 эВ при х=0 до 1,14 эВ при х = 0,3. У элементов обоих типов при любой температуре увеличение концентрации цинка приводит к понижению обратного тока насыщения. У элементов, создаваемых методом вакуумного испарения, возрастание напряжения холостого хода, связанное с повышением концентрации Zn, вызвано уменьшением обратного тока насыщения, которое обусловлено главным образом увеличением фв• Авторы [74] отмечают, что несоответствие параметров кристаллических решеток используемых материалов не оказывает существенного влияния на плотность состояний в области границы раздела. В элементах, изготовляемых посредством пульверизации, возрастание напряжения холостого хода при повышении х объясняется увеличением высоты барьера, которое в свою очередь вызвано ростом ширины запрещенной зоны ZnxCdi_xS (Д Voc~ Афв~&Eg). У элементов обоих типов при повышении х степень несоответствия АЕС энергий сродства к электрону понижается. Мартинуцци и др. [22] утверждают, что в исследованных ими элементах возрастание Voc связано непосредственно с увеличением высоты барьера и, следовательно, с уменьшением ДЕс.
4.5.6 Микроструктура
Микроструктура пленок Cu2S и CdS оказывает существенное влияние на свойства гетероперехода и фотоэлектрические характеристики солнечных элементов типа Cu2S—CdS. Несколькими исследователями были предприняты попытки установить количественную взаимосвязь между параметрами микроструктуры и наблюдаемыми фотоэлектрическими характеристиками элементов. Несмотря на то что основной вклад в фототок дает слой Cu2S, собирание носителей заряда происходит благодаря наличию электрического поля в CdS. Вследствие этого микроструктура слоя CdS непосредственно влияет на характеристики приборов, и, кроме того, поскольку пленка Cu2S создается (в процессе реакции замещения) в поверхностном слое CdS, параметры структуры Cu2S в значительной степени
266
Глава 4
зависят от структурных свойств CdS. Теоретические расчеты показывают, что фототок повышается при увеличении размеров зерен [100]. Зерна столбчатой формы имеют более низкую скорость объемной рекомбинации, что способствует возрастанию фототока. Таким образом, пленки, обладающие столбчатой структурой, обеспечивают более высокие характеристики элементов, причем улучшение характеристик происходит также при увеличении размеров зерен. Пленки столбчатой структуры, получаемые методом вакуумного испарения, содержат зерна с ярко выраженной преимущественной ориентацией оси с относительно нормали к поверхности подложки. При небольшой толщине пленки образуются очень мелкие разориентированные зерна. Поэтому можно предположить, что при использовании пленок CdS малой толщины характеристики элементов будут плохими. Амит [101] исследовал влияние толщины пленки CdS на фотоэлектрические характеристики солнечных элементов на основе C112S—CdS. Автором установлено, что размер зерен, степень их преимущественной ориентации и размеры неровностей поверхности пленки CdS возрастают по мере увеличения ее толщины, кроме того, при этом повышается концентрация доноров, улучшаются диодные характеристики элементов и уменьшаются токи утечки (которые зависят также и от напряжения).
