Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Солнечные элементы на основе сульфида меди 269
солнечных элементов на основе Cu2S — Zn^Cdi-^S, ными методами.
ризация с последующим пиролизом, РЗТФ — реакция замещения в твердой фазе, ТП —
V’ в JC? мА см2 FF кпд, % ! Примечания Литература
0,599 18,5 0,748 10,2 С просветляющим по- [7]
крытием
0,561 21,1 0,697 10,1 То же [7]
0,516 21,8 0,714 9,5 » [6, 8]
0,53 19,0 0,62 7,3 Герметизированные [43]
элементы
0,48 20,0 0,63 6,0 С просветляющим по- [13]
крытием
0,54 18,0 0,67 6,5 [19]
0,48 17,1 0,634 5,2 [18]
0,47 37,1 0,60 10,4 Дополнительный [18]
вклад периферийных
участков
0,45 9 0,5 2 Обратное расположе- [15]
ние слоев
0,425 19 0,56 4,5 [41]
— — — 5,3 [29]
— — — 4,5 [30]
0,43 19 0,65 5,6 j [19]
4 [57]
0,43 3,4 0,41 0,58 [58]
0,4 6,9 0,43 1,2 [33, 34, 58]
0,45 — 0,5 2 [35]
— — — 4,7 [36]
ренных границ в 1,5 раза выше, чем в центре зерен. Согласно результатам расчета, при уменьшении диаметра зерен с 2 до
1 мкм фототок возрастает на 40 %. Ротворф [100] установил, что при оптимальном режиме травления поверхности CdS образуются пирамиды со стороной основания 0,2... 0,4 мкм и высотой 0,5... 2 мкм.
Значительное влияние на процесс роста и структуру пленок Cu2S оказывает атомный состав внешней поверхности CdS. Касвелл и др. '[99] отмечают, что на поверхности, содержащей атомы
270
Глава 4
S, пленка C112S формируется в 1,5 раза быстрее (а фото-э. д. с. неотожженных элементов в этом случае примерно на 20 % выше), чем на поверхности, образованной атомами Cd.
Пленки CdS, осаждаемые методом пульверизации с последующим пиролизом, имеют столбчатую структуру [24], однако она значительно отличается от микроструктуры пленок, получаемых вакуумным испарением. КПД элементов, изготовляемых посредством пульверизации, составляет 7 ... 8 %. Полученные результаты свидетельствуют о том, что наличие столбчатой структуры зерен является важным условием для достижения высоких характеристик элементов, создаваемых с помощью испарения, тогда как влияние особенностей структуры зерен на характеристики элементов, изготовляемых методом пульверизации, оказывается менее существенным. Такие недостатки элементов, получаемых посредством пульверизации, как малый размер зерен и отсутствие столбчатой структуры, компенсируются положительным эффектом, обусловленным наличием электрического поля вблизи тыльной поверхности и тянущего поля в слое CdS, которые образуются при неоднородном легировании этого слоя. Следует подчеркнуть, что при равных значениях КПД элементы, создаваемые методами испарения и пульверизации, имеют неодинаковую микроструктуру и различные параметры конструкции.
Данные, представленные в табл. 4.1, позволяют сравнить выходные характеристики тонкопленочных солнечных элементов на основе Cu2S—ZnCdS, изготовляемых различными методами.
4.6. Энергетическая зонная диаграмма и механизмы потерь
Разработано несколько физических моделей солнечных элементов с гетеропереходом Cu2S—CdS [1—4]. Ротворф [42] обобщил полученные ранее результаты и предложил теоретическую модель, в которой учитывается рекомбинация носителей заряда на границе раздела. На основе этой модели Дас и др. [74] построили энергетическую зонную диаграмму элемента, которая изображена на рис. 4.15. Значения всех параметров перехода, использованные в этой диаграмме, определены экспериментально. Согласно данной модели, при обычных значениях концентрации носителей (р^Ю19 см-3 в Ou2S и п^Ю17 см-3 в CdS) область пространственного заряда сосредоточена в основном в слое CdS. Во фронтально-барьерных элементах солнечное излучение с энергией фотонов ftv>l,2 эВ (ширина запрещенной зоны Cu2S составляет 1,2 эВ) почти полностью поглощается в слое Cu2S толщиной 0,1... 0,3 мкм и генерирует электронно-дырочные пары. В тыльно-барьерных элементах
Солнечные элементы на основе сульфида меди
271
Рис. 4.15. Энергетическая зонная диаграмма солнечного элемента с гетеропереходом Cu2S—CdS; ЕСр, Egp и Evp — соответственно дно зоны проводимости, ширина запрещенной зоны и вершина валентной зоны в Cu2S; ЕСпу Egn и Evn — аналогичные параметры CdS; Ef — уровень Ферми, Vq — диффузионный потенциал, W?> — ширина обедненного слоя, АЕс= Еср—ЕСПг AExj — Е DP Evn.
около 20 % падающего света поглощается в слое CdS. Электронно-дырочные пары в слоях Cu2S и CdS (или в одном из них) диффундируют к границе раздела, и электроны, прошедшие в GdS, либо выбрасываются в объем слоя CdS под действием поля F2, существующего в области перехода, либо захватываются энергетическими уровнями на границе раздела и рекомбинируют с дырками, поступающими из Cu2S. Напряженность этого поля определяется разностью потенциалов, приложенной к элементу, потоком фотонов, длиной волны света и характером распределения доноров и акцепторов вблизи перехода в CdS. Ток короткого замыкания и коэффициент заполнения вольт-амперной характеристики зависят от напряженности поля в области перехода и, следовательно, от параметров, влияющих на эту величину. Обратный ток насыщения и напряжение холостого хода определяются особенностями процесса рекомбинации носителей на границе раздела.
