Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Уравнение вольт-амперной характеристики р—я-перехода в солнечных элементах на основе пленок кремния, получаемых
784
Глава 5
Рис. 5.1. Влияние диффузионной длины носителей заряда и размера зерен в пленке кремния на диффузионную Jsj и рекомбинационно-генерационную JS2 составляющие плотности обратного тока насыщения в солнечных элементах, изготовленных методом вакуумного испарения [23]. а) зависимость /si от диффузионной длины L носителей; б) зависимость JS2 от размера зерен г (предел разрешения метода поверхностной фото-э. д. с. — 4 мкм).
Рис. 5.2. а) Зависимости напряжения холостого хода Vос и плотности тока короткого замыкания JsC солнечных элементов, изготовленных методом вакуумного испарения, от размера зерен г в пленке кремния; сплошная линия — теоретическая зависимость Voc от г; б) Зависимости КПД солнечных элементов от размера зерен г в пленке кремния; 1—экспериментальные данные [23], 2—5 — результаты расчета различных авторов: 2— [32],
3 - [34], 4 - [31], 5 — [33].
химическим осаждением из паровой фазы, также содержит два экспоненциальных члена. Согласно данным Варабисако и др. [17], /sidO-11 А/см2, /s2~10-7 А/см2, = 1 и я2 = 2.
Чу и др. [20] отмечают, что солнечные элементы с барьером
Поликристаллические кремн. солн. элементы
285
Шоттки и р—я-переходом, изготовленные из пленок Si, нанесенных на стальные подложки методом химического осаждения из паровой фазы, обладают плохими диодными характеристиками. Диодный коэффициент элементов с р—я-переходом и барьером Шоттки, рассчитанный исходя из прямых вольт-амперных характеристик, равен соответственно 3,9 и 2,8, тогда как для монокристаллических элементов с р—я-переходом значение этого коэффициента составляет 1,8, а для идеальных барьеров Шоттки—1. В тонкопленочных элементах с р—я-переходом плотность обратного тока насыщения на несколько порядков величины выше, чем в монокристаллических элементах, имеющих аналогичный профиль распределения примесей, а в солнечных элементах с барьером Шоттки — существенно больше, чем в элементах с р—я-переходом. Большие обратные токи в тонкопленочных элементах, создаваемых на подложках из стали, связаны с малым размером зерен в пленках Si и наличием механических напряжений в области перехода. В случае использования кремниевых пленок, нанесенных на подложки из графита [20], элементы обладают лучшими выпрямляющими свойствами. Значение диодного коэффициента, найденное из прямых вольт-амперных характеристик данных элементов и равное ~1,9, сравнимо с его значением в монокристаллических элементах, что свидетельствует о слабом влиянии границ зерен в этих пленках на процесс протекания тока. Обратные токи в элементах, изготовляемых на графитовых подложках, по меньшей мере на порядок величины ниже, чем в элементах на подложках из стали.
Чу и Сингх [21] установили, что пассивация границ зерен с помощью сильного легирования способствует улучшению темповых вольт-амперных характеристик солнечных элементов на основе пленок Si, нанесенных на подложки из металлургического кремния посредством химического осаждения из паровой фазы. Авторами также отмечено, что параметры как прямых, так и обратных вольт-амперных характеристик солнечных элементов со структурой n+-S\— /?+-Si — металлургический кремний значительно превосходят соответствующие параметры элементов со структурой n+-Si — р-Si — металлургический кремний, причем улучшение свойств перехода сопровождается улучшением фотоэлектрических характеристик. Основываясь на результатах измерений тока, наведенного электронным лучом, и вольт-амперных характеристик, Сигер и др. [30] приходят к выводу о том, что насыщение границ зерен поликристал-лических солнечных элементов водородом оказывает благоприятное влияние на их параметры. Гидрогенизация элементов позволяет заметно улучшить темновые вольт-амперные характеристики (см. рис. 5.3) и очень существенно понизить обратный ток. В другой работе, выполненной Сигером и Джинли
286
Глава 5
tgl
т Но. ВоьВышенных участках х В углубленных
-4
-3
I
-5
Ъ>*
-6
0,2
0,4- 0,6 V,B
3,0 3,5 4,0
юУт (т,Ю
Рис. 5.3. Темновые вольт-амперные Рис. 5.4. ^Температурные зависи-
характеристики поликристалличес- мости диффузионной /51 и реком-
ких кремниевых солнечных элемен- бинационно-генерационной JS2 сос-
тов с п—р-переходом непосредст- тавляющих плотности обратного
венно после изготовления (/, 2) и тока насыщения диодов, изготов-
после обработки в водородной плазме ленных на возвышенных участках
(/', 2') в течение 16 ч при темпера- пленки кремния и в углублениях
туре 350 °С и давлении ~270 Па[30]. поверхности [16].
Ток / измеряется в А, напряжение
[36], подобраны режимы процесса гидрогенизации, обеспечивающие устранение всех потенциальных барьеров (которые могут быть обнаружены известными способами) на границах зерен, заключенных в поверхностном слое кремния толщиной 0,2... 0,5 мм. Важными параметрами, определяющими эффективность процесса пассивации, являются форма разряда, возбуждаемого в водороде, плотность плазмы, а также темпера* тура и качество поверхности слоя поликристаллического кремния.
