Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
340
Глава 7
насыщения составляет ~10~10 А/см2) обусловлен рекомбинацией носителей на границах зерен. Однако под влиянием границ зерен фототок уменьшается незначительно. При введении цинка диффузионным методом в область границ зерен происходит компенсация донорных уровней, и благодаря этому устраняется эффект шунтирования перехода [10]. Высокие значения напряжения холостого хода солнечных элементов со структурой металл — оксид — полупроводник на основе GaAsi_xPx — я-GaAs — я+-GaAs обеспечивает большая высота барьера. Согласно результатам измерений вольт-фарадных характери-ристик, Фб=1,2 эВ, что на 0,2 эВ больше высоты барьера у элементов с такой же структурой, но на основе лишь я-GaAs. При наличии слоя GaAsi_xPx плотность обратного тока насыщения уменьшается на порядок величины.
Гандхи и др. [12, 14] установили, что солнечные элементы с барьером Шоттки имеют по существу аналогичные характеристики. Значения их диодного коэффициента равны 2,7 и 1,3 соответственно при низких и высоких прямых напряжениях смещения. При я=1,3 плотность обратного тока насыщения составляет Ю^.-.Ю-8 А/см2. Высота барьера, найденная по результатам измерений темновых вольт-амперных характеристик при различных температурах, равна 0,85 эВ. Концентрация носителей, определенная с помощью вольт-фарадных характеристик (при обратном напряжении смещения), составляет 6 * 1016 см-3. Особенности темновых вольт-амперных характеристик можно объяснить, предположив, что протекание тока обусловлено рекомбинацией носителей заряда на границах зерен. Однако, поскольку в процессе осаждения пленки в область границ зерен внедряется большое количество примеси, их влияние на процесс собирания носителей оказывается несущественным. Эффект шунтирования перехода границами зерен, приводящий к увеличению обратного тока насыщения, ослабляется благодаря их пассивации посредством избирательного анодирования. Авторами работ [12, 14] отмечено существование зависимости фототока от напряжения смещения, что может быть вызвано рекомбинацией носителей на энергетических состояниях в области границы раздела металла и полупроводника.
7.3 Теллурид кадмия (CdTe)
Теллурид кадмия имеет благоприятную для эффективного преобразования солнечного излучения ширину запрещенной зоны (1,44 эВ) и относится к полупроводникам с прямыми оптическими переходами. Он является одним из немногих соединений элементов II — VI групп периодической системы, которые могут обладать проводимостью как я-, так и p-типов. Предельный теоретический КПД элементов с гетеропереходом я-CdS —
Новые типы солнечных элементов
34Т
р-CdTe составляет около 17 %. Вследствие этого интерес к тел-луриду кадмия не ослабевает. Солнечные элементы, в которых CdTe применяется в качестве фотоактивного слоя, можно разделить на три группы: 1) элементы, изготовляемые на массивных подложках из моно- или поликристаллического теллурида кадмия, с гомопереходом [15, 16] или гетеропереходом, образующимся при наличии окна из CdS [17—20], ZnCdS [17, 18], ITO [17, 18, 21, 22], SnOx [23], ZnO [18] или ZnSe [18]; 2) элементы с гетеропереходом на основе монокристаллических подложек из CdS или ZnTe и эпитаксиального слоя CdTe [24, 25]; 3) тонкопленочные элементы с гетеропереходами CdTe — CdS и CdTe — CuxTe [26—28], а также гомогенным переходом в CdTe [29]. Массивные солнечные элементы на основе CdTe, относящиеся к первой группе, обладают наилучшими характеристиками. Элементы второй группы, в которых применяются пленки CdTe, осаждаемые на монокристаллические подложки, имеют довольно высокую стоимость, однако, поскольку они являются связующим звеном между массивными и тонкопленочными элементами, изучение их характеристик представляет значительный интерес. Для широкомасштабного применения подходят элементы лишь третьей группы. Они и будут наиболее подробно рассмотрены в данном разделе.
У солнечных элементов с гетеропереходом CdS — CdTe, изготовляемых посредством эпитаксиального осаждения CdS из паровой фазы на пластины p-CdTe [19], в настоящее время получен наиболее высокий КПД, равный 10,5 % в условиях AM 1,3 (интенсивность излучения — 68 мВт/см2) при Voc = = 0,67 В, /sc = 20,1 мА/см2 и FF = 0,59. Если определить их КПД по отношению к активной поверхности, то его значение составит 11,7%. У солнечных элементов, создаваемых на подложках из р-CdTe с помощью вакуумного испарения CdS [18], КПД (рассчитанный по отношению к активной поверхности) равен 7,9 7а при УОС = 0,63 В, /sc =16,1 мА/см2 и FF = 0,66. Элементы с гетеропереходом ITO — р-CdTe, у которых слой ITO наносится методом ионного распыления [22], имеют КПД до 8 % при Voc = = 0,82 В, /sc=14,5 мА/см2 и FF = 0,55. Спектральная область чувствительности элементов со структурой CdS — р-CdTe, изготовляемых методом осаждения из паровой фазы [19], ограничена значениями длины волны 0,52 и 0,86 мкм, причем в диапазоне 0,58... 0,81 мкм кривая чувствительности имеет плоскую форму. Спектральные положения коротковолновой и длинноволновой границ области чувствительности определяются значениями ширины запрещенных зон соответственно CdS и CdTe и не зависят от напряжения смещения, которое влияет на эффективность собирания носителей заряда и, следовательно, на фототок. Другая интересная особенность этих элементов состоит в том, что разделяющий носители заряда электронно-
