Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
342
Глава 7
дырочный переход формируется не на границе раздела CdS и CdTe, а в глубине слоя CdTe, на расстоянии от его поверхности, равном нескольким микрометрам, что связано с образованием слоя я-CdTe в результате диффузии индия из CdS в p-CdTe. Аналогично в элементах со структурой ITO — р-CdTe [22] истинный переход располагается внутри кристалла CdTe, а не на границе раздела ITO — CdTe, поскольку в процессе ионного распыления образуется слой CdTe я-типа проводимости.
При изготовлении структур CdS—р-CdTe и ZnCdS — р-CdTe пленки CdS и ZnCdS наносят на пластины CdTe методом пульверизации с последующим пиролизом [18]. Элементы такого типа имеют напряжения холостого хода соответственно 0,74 и 0,80 В, а их КПД равны 6,0 и 7,8 %. Солнечные элементы с гомогенным переходом в CdTe обладают очень низким КПД, составляющим 3,25% при УОС=0,62 В и J sc== 12 мА/см2.
Солнечные элементы с гетеропереходом р-CdTe — я-CdS, при создании которых эпитаксиальный слой CdTe осаждается на монокристаллическую подложку из CdS (служащую опти-ческим окном) газотранспортным методом в квазизамкнутом объеме, имеют напряжение холостого хода 0,61 В, коэффициент собирания носителей 0,85 и КПД 4,0%.
Далее будут рассмотрены процесс изготовления и фотоэлектрические характеристики различных тонкопленочных солнечных элементов на основе CdTe.
7.3.1 Процесс изготовления
Тонкопленочные солнечные элементы на основе CdTe создают с помощью различных методов в следующих сочетаниях: трафаретная печать и окунание [26, 27], газотранспортное осаждение и окунание [28], обычное вакуумное и дискретное испарения [30], вакуумное испарение и окунание [31], а также осаждение из паровой фазы и вакуумное испарение [32] (во всех случаях метод, названный первым, применяется для осаждения слоя CdTe, тогда как второй метод используется для получения другого полупроводникового слоя, образующего гетеропереход). Наиболее высоким КПД (~8%) обладают элементы с гетеропереходом на основе структуры р+-Си2Те— л-CdTe — я-CdS — 1п20з — стекло [27], изготовляемые методом трафаретной печати в сочетании с окунанием. Рассмотрим процесс их получения более подробно.
Схема поперечного сечения солнечного элемента, создаваемого печатным методом, изображена на рис. 7.1, а. Подложкой служит пластина боросиликатного стекла (марки Corning Glass 7059), покрытая прозрачным проводящим слоем 1п203. С использованием пасты, состоящей из GdS, CdCl2, GaCl2 и пропиленгликоля, методом трафаретной печати в атмосфере
Новые типы солнечных элементов 343
Излучение
Рис. 7.1. Конструкция и характеристики солнечных элементов на основе CdTe, изготовляемых методом трафаретной печати [37].
а) схематическое изображение поперечного сечения элемента; б) темновая (/) и световая (2) вольт-амперные характеристики элемента площадью 0,36 см2 (интенсивность изучения в условиях АМО— 140 мВт/см2); в) кривая зависимости коэффициента собирания Q носителей заряда от длины волны света Я.
_у\
0 0,1 0,3 0,5 V, Б /0,7 /2
5 -
10 - 5
Я, мкм
азота при температуре около 630 °С на подложку наносят пленку CdS толщиной 20 мкм с удельным сопротивлением 0,2 Ом-см. Далее таким же способом в атмосфере азота при температуре 500... 800 °С, применяя пасту на основе CdTe, легированного индием, CdCl2 и пропиленгликоля, получают слой я-CdTe толщиной 10 мкм с удельным сопротивлением 0,1... 1 Ом-см. Погружая образец на несколько секунд в горячий раствор, содержащий ионы меди, в поверхностной области CdTe с помощью реакции замещения формируют слой р+-Си2Те. И наконец, элементы отжигают при температуре 200 °С в течение 10 мин, а затем для получения контакта к слою Си2Те печатным методом наносят пасту на основе Ag, а на поверхности CdS создают паяный контакт из сплава In — Ga. В изготовляемых в настоящее время солнечных элементах размером 4X4 см, которые впоследствии используются для сборки модулей мощностью 1 Вт (каждый модуль состоит из 25 единичных элементов), пленку из дорогостоящего материала 1п203 заменяют слоем CdS с низким удельным сопротивлением, а пленку Си2Те — более стабильным контактным слоем из графита (эти слои получают печатным методом). Кроме того, вместо я-CdTe создают нелегированный сравнительно высокоомный слой р-CdTe, поскольку в такой структуре фотоэффект наблюдается не на переходе р-Си2Те — я-CdTe, а на границе раздела я-CdS — p-CdTe.
344
Глава 7
7.3.2 Фотоэлектрические характеристики
Первые тонкопленочные элементы с гомогенным переходом в CdTe, изготовленные Водаковым и др. [33], при облучении солнечным светом обладали КПД 4 %. Дальнейшие разработки [29] привели к повышению КПД до 6 % (при интенсивности излучения 77,2 мВт/см2) и получению УОС = 0,75 В, /5С=9,8 мА/см2 и FF = 0,63. Солнечные элементы с гетеропереходом СигТе — CdTe, созданные Кузано [28], имели Voc = 0,7 В (при использовании монокристаллического теллурида кадмия) и УОс = 0,5 В (при нанесении тонкой пленки CdTe). Для тонкопленочных элементов характерны более высокие значения 7SC, однако FF составляет 0,45 ... 0,6, а КПД — 6 % (у монокристаллических элементов FF~0,7 и КПД равен —7 %). Крупные тонкопленочные солнечные элементы (площадью 50 см2) имеют еще более низкие значения КПД (~5%), что обусловлено большим последовательным сопротивлением, уменьшающим коэффициент заполнения вольт-амперной характеристики. У тонкопленочных солнечных элементов со структурой CuxTe — CdTe, изготовленных Джасти и др. [31], получены Уос~0,6 В и т]~4,1 %. Большое последовательное и малое шунтирующее сопротивления вызывают снижение FF. У разработанных Бонне и Рабенхор-стом [32] термостойких тонкопленочных солнечных элементов на основе CdTe — CdS (стабильных при температурах, достигающих 200 °С) при интенсивности излучения 50 мВт/см2 Voc = = 0,5 В, /5с =15 мА/см2, FF = 0,45 и т] = 5... 6 %.
