Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Ранее отмечалось, что наилучшие характеристики имеют элементы, в состав которых входит пленка халькоцита с осью с, перпендикулярной плоскости подложки. Поскольку пленка Cu2S образуется в приповерхностной области CdS, для получения ориентированных пленок необходимы слои CdS с достаточно совершенной структурой. Сообщалось [63], что осаждение CdS методом вакуумного испарения при пониженной температуре источника (~950 °С) приводит к получению более высоких значений напряжения холостого хода элементов (при условии, что прочие параметры процесса изготовления не меняются). Уменьшение температуры источника испаряемого вещества не оказывает существенного влияния на ток короткого замыкания. При таком способе изготовления элементов наблюдается более слабый гистерезис спектральных характеристик чувствительности, чем в случае осаждения CdS при высокой (1050 °С) температуре испарителя. В элементах, полученных при повышенной температуре и имеющих тонкий слой Cu2S, при длинах волн ^<0,5 мкм происходит эффективное собирание носителей из слоя CdS. При низких температурах испарителя образуются слои CdS с более высоким удельным сопротивлением. Сторти и Кулик [78] отмечают, что при увеличении скорости осаждения пленок CdS повышается концентрация доноров, возрастает положительный пространственный заряд (в темновых условиях) и увеличивается напряженность поля на границе раздела. При отсутствии освещения все носители, до-
Солнечные элементы на основе сульфида меди
267
стигающие границы раздела, под действием этого поля преодолевают переход не рекомбинируя.
Удекумар [48] сообщает, что спектральная чувствительность тыльно-барьерных солнечных элементов на основе C112S—CdS, изготовляемых методом пульверизации с последующим пиролизом, в значительной степени зависит от толщины слоя CdS (см. рис. 4.8, в). Согласно данным Мартинуцци и др. [27], качество кристаллической структуры пленок, осаждаемых посредством пульверизации, определяется отношением концентраций атомов S и Cd в распыляемом растворе. При отношении концентраций, равном единице, размер зерен, имеющих преимущественную ориентацию относительно направления <002>, составляет ~0,5 мкм, а пленки CdS обладают высокой прозрачностью при ^>0,52 мкм. Такие пленки лучше всего подходят для изготовления солнечных элементов. Бодхрадж и др. [26] при использовании неоднородно легированных алюминием пленок CdS с плотной лабиринтной структурой получили более стабильные элементы с улучшенными характеристиками.
Как отмечалось ранее, в элементах, создаваемых методом вакуумного испарения в сочетании с мокрым химическим процессом, пленка Cu2S, образующаяся на границах зерен, проникает внутрь слоя CdS, что приводит к значительному увеличению (более чем в 10 раз) эффективной площади перехода и понижению напряжения холостого хода. Травление поверхности CdS (способствующее уменьшению ее коэффициента отражения) усиливает этот эффект [100]. Хьюиг и Блосс [98] установили, что пленка Cu2S состоит из горизонтальной и вертикальных частей и при размере зерен 0,5... 1 мкм площадь вертикальных участков перехода в 10 раз больше площади его горизонтальной части. Верхняя область вертикального участка перехода освещена значительно сильнее нижней, куда излучение вследствие его поглощения в полупроводнике почти не проникает. Поэтому нижняя область вертикального перехода находится практически в темновых условиях, и, следовательно, в ней наблюдаются меньшие потери носителей заряда. При толщине горизонтальной части слоя Cu2S, равной 0,2 мкм, и такой же ширине его вертикальных частей расчетные значения плотности тока короткого замыкания в горизонтальном и вертикальном переходах равны соответственно 20 и 10 мА/см2. Напряжение холостого хода таких элементов на 0,1 В ниже, чем Voc монокристаллических элементов. Хьюиг и Блосс [98] рассчитали также зависимости V0Cl Isc и КПД элементов от размера зерен.
Солнечные элементы на основе Cu2S—CdS, изготовляемые сухим методом, имеют максимальный КПД при толщине пленки Cu2S 0,1... 0,15 мкм. Некоторые авторы [13, 44, 45] отмечают, что характеристики элементов, получаемых посредством окуна-
268
Глаза 4
Таблица 4.1. Выходные характеристики тонкопленочных
изготовляемых различ
ВИ —вакуумное испарение, ИР — ионное распыление, О — окунание, ПП — пульве трафаретная печать, ЭФ — электрофорез;
Т — тыльно-барьерная конструкция, Ф — фронтально-барьерная конструкция
Структура элемента Метод изготовления Тип конструк- ции Площадь, см- Интенсивность излучения, мВт см-
p-Cu2S — tt-Zn0,16Cd0>84S 0 — ВИ ф 0,98 81,2
p-Cu2S — rt-Zn0,iCdo,9S 0 — ВИ ф __ , 1 82,0
p-Cu2S — n-CdS 0 — ВИ ф 0,884 1 87,5 1
0 — ВИ ф 42 85 ;
0 — ВИ ф — юо ! !
РЗТФ — ВИ ф 1 100
0 — ВИ т 1,7 АМ1
РЗТФ — ВИ т 1 100
РЗТФ — ВИ — — 100
О — пп т 1 100
О — пп т 1 —
пп — пп т 1 —
p-Cu2S /i^ZriQ^Cdo^S О — пп т 1 100
p-Cu2S — n-CdS ИР — ВИ 82
ИР — ИР — 2,4 107
РЗТФ — ИР — — АМ1
тп — — 100
ВИ —ЭФ ф 0,01 —
ния, существенно зависят от морфологии пленки Cu2S. Для элементов с высокими выходными параметрами характерны большая плотность глубоких ямок травления, развитый пирамидальный рельеф поверхности CdS и значительная глубина проникновения Cu2S в слой CdS. Исследование структуры пленок C112S в элементах с различными выходными параметрами показало, что пленки с большим числом вертикальных выступов лучше поглощают излучение, что обеспечивает повышенные значения фототока. Чувствительность элементов в области межзе-
