Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Благодаря усовершенствованию [41] процесса изготовления тонкопленочных элементов на основе Cu2_xSe — CdS в условиях АМ1 получены следующие выходные параметры: У0с= = 0,46 В, JSc= 11,6 мА/см2, FF = 0,62 и rj = 3,3%. Установлено, что осаждение Cu2_xSe на подложки, нагретые до невысокой температуры (~160°С), и создание рельефа на поверхности пленки CdS (путем ее травления в НС1 перед осаждением Cu2-ocSe) способствуют улучшению характеристик элементов.
Новые типы солнечных элементов
347
Тонкопленочные солнечные элементы со структурой металл— диэлектрик — полупроводник на основе CdSe [36] получают посредством осаждения методом вакуумного испарения на стеклянную подложку (с покрытием из хрома толщиной ОД мкм) при температуре 425 °С слоя CdSe толщиной 2 мкм со скоростью — 1 нм/с. Слой CdSe имеет поликристаллическую структуру с осью с, ориентированной перпендикулярно подложке. Состав пленок приближается к стехиометрическому; концентрация носителей заряда равна 1014 см-3, а значения их подвижности заключены в пределах 10... 30 см2/(В-с). Затем на поверхность CdSe с помощью вакуумного испарения наносят тонкий (толщиной 4... 5 нм) слой диэлектрика (ZnSe или Sb2Se3) и осаждают пленку золота толщиной 20 нм, оптический коэффициент пропускания которой составляет 30... 40 %. Готовый образец подвергают термообработке продолжительностью
10... 30 мин в атмосфере азота при температуре ниже 200 °С.
КПД тонкопленочных солнечных элементов со структурой металл — диэлектрик — полупроводник на основе CdSe превышает 5%, при этом V0c = 0,55...0,6 В, 7SC~20 мА/см2 (интенсивность излучения—100 мВт/см2) и FF = 0,4 ... 0,5. Существенное влияние на спектральную характеристику чувствительности элементов оказывает отражение излучения от металлического слоя. При указанной толщине пленки золота минимум коэффициента отражения и максимум на кривой спектральной чувствительности соответствуют длине волны света —0,5 мкм. При использовании просветляющего покрытия форма кривой значительно изменяется. Коэффициент собирания носителей заряда в коротковолновой части спектра выше, чем в длинноволновой, что свидетельствует о низкой концентрации рекомбинационных центров в области перехода и о малой диффузионной длине носителей внутри пленки CdSe. Расширение области пространственного заряда за счет изменения профиля концентрации легирующей примеси, по-видимому, позволит повысить эффективность собирания носителей.
Согласно результатам измерений вольт-фарадных характеристик, диффузионный потенциал равен 0,75 В. Полагают, что его значение должно увеличиться при повышении уровня легирования. Однако легирование пленок CdSe кадмием приводит к сужению области пространственного заряда и, следовательно, уменьшению коэффициента собирания носителей. При осуществлении диффузии селена для компенсации в поверхностном слое донорных уровней, связанных с присутствием кадмия, напряжение холостого хода повышается до 0,7 В. Из вольт-амперных характеристик найдены следующие значения параметров перехода: диодный коэффициент п~2, плотность обратного тока насыщения Js=^6*10~8 А/см2 и высота барьера Фб = 0,85 эВ.
348
Глава 7
При оптической ширине запрещенной зоны селенида кадмия, равной 1,7 эВ, напряжение холостого хода солнечных элементов на его основе может составить 0,8.. .0,9 В. Для увеличения V(lC необходимо повысить уровень легирования. Если же, помимо этого, с помощью просветляющего покрытия уменьшить потери излучения на отражение, а за счет увеличения диффузионной длины неосновных носителей заряда повысить коэффициент заполнения вольт-амперной характеристики, то можно ожидать возрастания КПД элементов этого типа до 10 %.
Гарсиа и Томар [37] изготовили на стеклянных подложках, покрытых слоем цинка, тонкопленочные солнечные элементы со структурой п-CdS — p-ZnIn2Se4. Пленка ZnInSe4 толщиной
7... 11 мкм наносилась на подложку при температуре 425 К методом вакуумного испарения при давлении —10~4 Па. На по-верхности ZnIn2Se4 выращивался слой CdS толщиной 3.. .7 мкм. Совместно с ZnIn2Se4 и CdS осаждались Se и In соответственно. С помощью вакуумного испарения напылялась верхняя контакт-ная сетка из индия. При интенсивности излучения 100 мВт/см2 солнечные элементы имели V0c = 0,27 В, Jsc= 16 мА/см2, FF = 0,31 и КПД -1,5%.
7.5 Фосфид цинка (Zn3P2)
Фосфид цинка относится к числу новых перспективных фотоэлектрических материалов. Его оптическая ширина запрещенной зоны равна 1,55... 1,60 эВ, а данные по коэффициенту поглощения света свидетельствуют о том, что Zn3P2 относится к полупроводникам с прямыми оптическими переходами [38]. В диодах с барьером Шоттки, изготовляемых на основе пленок р-типа проводимости, при создании контакта из магния высота барьера составляет 1,0... 1,4 эВ, а при использовании алюминия— 0,75 эВ. Энергия сродства к электрону Zn3P2 равна 3,6 эВ [39]. Диффузионная длина неосновных носителей заряда [39, 40], измеренная в монокристаллических солнечных элементах с барьером Шоттки на основе p-Zn3P2, составляет 5... 10 мкм, а в тонкопленочных элементах — 3...4 мкм. Анализ оптических и электронных свойств тонких пленок Zn3P2 показывает, что они пригодны для создания фотоэлектрических преобразователей, однако обязательным условием является применение просветляющих покрытий. Одно из основных преимуществ этого материала состоит в том, что природных запасов химических элементов, из которых он состоит, достаточно для обеспечения крупномасштабного производства солнечных элементов.
