Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
VC
Рис. 6.11. Зависимости плотности тока короткого замыкания Jsc (1) и напряжения холостого хода Vос (2) солнечного элемента с барьером Шоттки на основе а-Si: Н и Pt от температуры подложки Ти при осаждении пленки а-Si : Н [37].
Таблица 6.4. Влияние примесей на фотоэлектрические характеристики солнечных элементов на основе пленок а-Si : Н, осаждаемых в тлеющем разряде [37]
ВЧР — высокочастотный разряд, РПТ — разряд постоянного тока;
ВВ — внешний виток, К — конденсатор;
концентрация водорода во всех пленках составляет 10. . .30 %
Объемная доля примесного газа в атмосфере разряда, % Вид разряда и s is о о < ъ (L. Концентрация атомов примеси в пленке a-Si:H, относительное значение
Без примеси (кон- РПТ 700 6,0 0,54 (CH/Csi « 0,20)
трольный образец) 2,3 (Н20) РПТ 400 0,6 0,23 C0/Csi « 0,037
2,3 (H2S) РПТ 425 3,0 0,21 —
1,0 (GeH4) ВЧР (ВВ) 370 3,0 0,27 CaJCsi * 0,025
Ю (СН4) ВЧР (ВВ) 662 4,0 0,53 Cc/Csi « 0,07
30 (СН4) ВЧР (ВВ) 230 0,02 0,18 Cc/Csi « 0,21
10 (N2) ВЧР (К) 595 6,0 0,55 Cn/Csi » 0,008
0,06 (РН3) РПТ 130 1,5 0,42 Cp/Csi ~ 0,0004
50 (SiH2Cl2) + 50 (На) РПТ (К) 321 0,05 0,25 Cci/Csi * 0,07
Солнечные элементы на основе аморфного кремния
325
Данные, представленные в табл. 6.4 [37], позволяют оценить степень влияния различных примесей на фотоэлектрические характеристики солнечных элементов на основе a-Si: Н. В пленках a-Si: Н, получаемых в тлеющем разряде, содержится большое количество примесей, обычно присутствующих в камере, где осуществляется осаждение. Однако многие виды примесей, несмотря на их высокую концентрацию в пленках, незначительно ухудшают фотоэлектрические характеристики приборов. Тем не менее отрицательное влияние некоторых из них, например Н20, H2S, GeH4 и РН3, оказывается очень существенным. Кроме того, плохие характеристики имеют элементы на основе пленок, осаждаемых из смеси SiH2Cl2 и Н2.
В исследовательских лабораториях фирмы RCA изготовлены крупные солнечные элементы (площадью —100 см2), КПД которых превышает 3% [25]. КПД элементов площадью 100... ...144 см2, создаваемых японскими фирмами Sanyo и Fuji, составляет 5... 6%. В табл. 6.5 приведены характеристики солнечных элементов на основе a-Si: Н и a-Si:F:H, изготовляемых различными методами.
6.5.3 Механизмы потерь
В данном разделе основное внимание уделяется характеристикам солнечных элементов с р — i — ^-структурой, однако результаты проведенного анализа в большинстве случаев справедливы и для других типов элементов на основе a-Si: Н.
В первых исследованиях солнечных элементов с барьером Шоттки [30, 31] было установлено, что низкая эффективность приборов связана главным образом с малой диффузионной длиной неосновных носителей заряда, которая в нелегированном a-Si: Н составляет 0,03 ... 0,2 мкм [39, 115]. Согласно оценочным расчетам, время жизни дырок в таком материале равно
— 0,34 мкс, а время жизни электронов —1,2 мкс [39]. Данные, недавно полученные Силлом и др. (см. работу Карлсона [39]), свидетельствуют о том, что плотностям тока —10 мА/см2 соответствуют значения времени жизни дырок в пределах 10... ...20 мкс, однако другими авторами [39] приводятся более высокие значения этого параметра (—1 мс).
Отрицательное влияние на время жизни носителей могут оказывать дефекты нескольких типов. Источниками центров рекомбинации в a-Si: Н служ;ат ненасыщенные связи (образующиеся в результате экзодиффузии водорода) [116], полимерные цепочки или группы [80] и некоторые примеси, такие, как кислород, азот и фосфор [39]. В солнечных элементах с р — i — п-структурой, имеющих КПД 5... 6%, концентрация атомов кислорода, как правило, составляет Ю20 см-3, углерода — 5-1019 см-3, азота — 7-1018 см~3 (при содержании водорода
Таблица 6.5. Характеристики солнечных элементов на основе аморфного кремния, изготовляемых
различными методами
ИР — ионное распыление, ОТР — осаждение в тлеющем разряде;
МДП — структура металл—диэлектрик—полупроводник, ПДП — структура полупроводник—диэлектрик—полупроводник
Материал Тип и структура элемента Метод осаждения А (Я 0” о С о Интенсивность излучения, мВт/см2 CQ to о а о < S3 о Ь ti с * Примечания Литература
a-Si : Н р — i — /г-структура ОТР 1,19 99,58 (условия АМ1) -0,85 12 0,61 6,1 Контактом и просветляющим покрытием служит слой ITO [39]
a-Si Al—Si—Л1 ИР 0,385 — 0,037 0,006 — 0,006 — [42]
a-Si : Н Барьер Шоттки ИР — — 0,080 0,001 0,25 2-10—6 Контакт из Pt [42]
a-Si : Н — » — ОТР 0,002 — 0,88 12 0,58 6 Контакт из Pt, стальная подложка [30]
a-Si : Н МДП ОТР 0,072 60 0,60 9,6 0,51 4,8 Контакт из Ni, пленка ТЮХ на поверхности i-слоя, ' просветляющее покрытие отсутствует [15]
a-Si : Н МДП ОТР 0,042 83 0,75 12,24 0,56 6,2 Контакт из Au — Pd, пленка Nb205 на поверхности 1-СЛОЯ, просветляющее покрытие из ZnS [14]
Продолжение
Материал Тип и структура элемента Метод осаждения A St CS о g s С о Интенсивность излучения, мВт/см2 pa Ь о S о < а о ь ь. с? ti с * Примечания Литература
a-Si : Н пдп OTP — 100 0,43 10,0 0,28 1,2 Контакт из ITO [30]
a-Si : Н 9 последовательно соединенных элементов с гетеропереходом, п — — i — р-структура OTP 41,2 6,0 6,1 0,34 1,38 Большое последовательное сопротивление [421
