Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Установлено, что в пленках a-Si:F:H, осаждаемых в тлеющем разряде и получаемых с помощью высокочастотного ионного распыления, плотность состояний в запрещенной зоне равна ~ 1017 см“3-эВ-1.
6.4.4.4 Разложение a-Si : Н
Термообработка при температурах, более высоких по сравнению с температурой осаждения (превышающих 350 °С), вызывает разложение a-Si: Н, сопровождающееся выделением водорода [9, 10, 12, 108]. При уменьшении концентрации водорода количество ненасыщенных связей в a-Si: Н увеличивается [109]. Выделение водорода происходит вследствие разрушения химических связей между парами атомов Н, которые при низких температурах находятся на небольших расстояниях друг от
Солнечные элементы на основе аморфного кремния 317
друга [10]. Особенности кинетики процесса разложения а-Si: Н определяются относительной концентрацией и характером распределения в пленках включений SiH и SiH2. Вследствие экзодиффузии водорода срок службы солнечных элементов на основе а-Si: Н может сократиться. Однако результаты исследования процесса диффузии дейтерия, введенного в пленки аморфного кремния, при напряженности электрического поля ~3*104 В/см, .интенсивности излучения ~ 100 мВт/см2 и температуре ~300°С свидетельствуют о том, что характеристики солнечных элементов на основе a-Si:H будут деградировать незначительно, поскольку при температуре 100°С для полного выделения водорода потребуется 104 лет.
В табл. 6.3 суммированы основные свойства легированных и нелегированных пленок а-Si : Н и a-Si: F : Н, получаемых различными методами.
6.5 Солнечные элементы на основе гидрогенизированного аморфного кремния
Для изготовления солнечных элементов применяют пленки a-Si: Н, осаждаемые как в тлеющем разряде, так и с помощью высокочастотного ионного распыления. В настоящее время лучшие характеристики имеют элементы на основе пленок a-Si:H и a-Si: F : Н, получаемых в тлеющем разряде [14, 37— 39]. Их КПД составляет 4... 10 %, тогда как при использовании пленок a-Si: Н, создаваемых методом ионного распыления, КПД солнечных элементов не превышает 2%. В предыдущих разделах отмечалось, что пленки, осаждаемые посредством ионного распыления, не обладают такими структурными и электронными свойствами, которые необходимы для изготовления высокоэффективных приборов. Однако проведенные недавно исследования гидрогенизированного аморфного кремния, получаемого методом ионного распыления при высоком парциальном давлении аргона [22, 24], показали, что,при определенных условиях осаждения образуются пленки, по своим структурным и электронным свойствам не уступающие выращиваемым в тлеющем разряде. Данные о характеристиках солнечных элементов на основе этих пленок еще не опубликованы.
Ретроспективный обзор результатов разработок солнечных элементов на основе a-Si: Н выполнен несколькими авторами [37, 39, 42]. Мы же ограничимся рассмотрением характеристик современных солнечных элементов и исходя из существующих представлений о происходящих в них процессах проанализируем механизмы потерь энергии. Основная часть приведенных данных относится к элементам на основе пленок a-Si: Н и a-Si: F : Н, осаждаемых в тлеющем разряде.
Таблица 6.3. Свойства пленок a-Si : Н и a-Si : F : Н, получаемых различными методами ИР — ионное распыление, ОТР — осаждение в тлеющем разряде, ЭЛИ — электронно-лучевое испарение.
Ng — плотность состояний в запрещенной зоне, (5D ~ темновая удельная проводимость при температуре Г=300 К, 0^— удельная фотопроводимость при 7=300 К, — ширина запрещенной зоны, а — коэффициент поглощения света, — подвижность неосновных носителей заряда — электронов и дырок (М-р), т — время жизни неосновных носителей заряда
& ос, см- 1 ПЗ
Материал Метод оса дения т CQ СГ) .-о од ’ * 5 т 2 о - т Q s О о т S U т * д О о CQ CD в видимой области в инфракрасной области \х, см2/(В -с) т, мке Примечания Литератур
a-Si : Н элк — -10-8 6. 10-? — 40 300 — — 3,5 % Н [42]
a-Si : Н ОТР 1015 . . . . . . ЛО16 ~10-10 ~10-5 1,6 .. . ... 1,8 104 . . . 105 \^п = (2 . . . . . . 5)-10"2 Ир = (5 . . . 6) • 10~4 Тп = 200 . . . ... 400 °С [37]
a-Si : Н ОТР — • о» ¦ 1 . о 00 1 • о • 10~6. . . . . .10-7 1,6 .. . ... 1,9 о о — — — — [23]
a-Si : Н ОТР — 2-10”10 4-10-7 — 2 • 104 1400 — 0,1 .. . ... 0,3 14 % Н [42]
a-Si : Н ОТР — 5-10-9 2-10-7 — О со О — — — 25 % Н 142]
a-Si : Н ИР — 10-9 10~5 1,6 .. . ... 1,8 ю4 — — — Гп - 380 °С [23]
a-Si : F : Н ОТР 1017 10-9 10~4 10* Отношение концентраций SiF4 и Н2 равно 10 [6]
Солнечные элементы на основе аморфного кремния
319
Излучение Прос&етлянаде | ~ покрытие
Иэличение
¦ , , ПросВетлякщее
I нипрыншс о— i i 1 / покрытие
О----1 fit Кпнтгч KiriHfiq I /
шшт---------------ИИ—септ 1 —Контиктнпя
'±-жжЖШШ2 . ы-ЩгттшяШГнеткй
nj -------------,---
Мо—Г
PcL
—ТЮх ^}q-S4H
Сталь
Йелегиро-Ьпнныи. а-SL: Н
п + - CT10LL
-ITO
ITO-
Ствкло
ГР*~
-ri+- слои.
V
-TL-AI
Нелегира-
Ванный.
a-SL;H
Структура 1-го типи
I—Кермет 'Структура. 2-го mu.no.
Рис. 6.8. Схемы конструкций солнечных элементов на основе а-Si : Н. а — структура с барьером Шоттки; б — структура металл — диэлектрик — полупроводник; в—р—i—/г-структура.
