Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Тонкие пленки, получаемые посредством испарения из графитовых тиглей массивных образцов Zn3P2 [39], при температуре источника 700 ... 800 °С и температуре подложки 140 ...
. 200 °С обладают проводимостью p-типа; подвижность дырок
Новые типы солнечных элементов
349
в них составляет 10... 40 см2/(В*с). При отжиге удельное сопротивление пленок может изменяться в пределах 10.. .105 ОмХ Хсм. Пленки Zn3P2 образуют омический контакт с железом, которое согласуется с Zn3P2 по параметрам кристаллических решеток и коэффициентам теплового расширения и поэтому может быть выбрано в качестве материала подложки. КПД тонкопленочных солнечных элементов с барьером Шоттки на основе Mg — Zn3P2 [41] при интенсивности излучения 83 мВт/см2 равен 2,5%, и ему отвечают УОс = 0,37 В, 7SC= 12,0 мА/см2 и FF = 0,46.
7.6 Фосфид индия (InP)
Наличие у фосфида индия «прямой» запрещенной зоны шириной 1,34 эВ позволяет использовать его для создания фотоэлектрических преобразователей. Вследствие высокого оптического коэффициента поглощения свет проникает в полупроводник на малую глубину, благодаря чему не требуются пленки с очень большой диффузионной длиной неосновных носителей заряда. Параметры кристаллических решегок InP (со структурой цинковой обманки) и CdS (со структурой вюртцита) на поверхности раздела равны аГпр = 0,5869 нм и -|/2aCds = 0,5950 нм. Таким образом, степень несоответствия параметров решеток фосфида индия в плоскости (111) и в базисной плоскости гексагонального сульфида кадмия составляет лишь 0,32%. Кроме того, поскольку InP и CdS согласуются между собой по энергиям сродства к электрону, на границе раздела не наблюдается пика в зоне проводимости. Благодаря этому данные полупроводники образуют идеальный гетеропереход.
Для изготовления монокристаллических солнечных элемен' тов на основе р-InP — п-CdS (с просветляющим покрытием из SiO, создаваемым методом вакуумного испарения) используют химически полированные легированные кадмием пластины фосфида индия p-типа проводимбсти, выращенного методом Чохральского. Слой CdS толщиной 5... 10 мкм наносят с помощью вакуумного испарения вещества на поверхность подложки, параллельную плоскости (111), при температуре
200... 250 °С со скоростью около 0,15 мкм/мин. Температура коаксиального изотермического испарителя, содержащего отдельно кадмий и серу, составляет 350 °С. Контакт с InP получают путем осаждения электролитическим методом слоев Au— Zn — Au, а на поверхность CdS наносят контактную сетку из индия или сплава индия с галлием. При интенсивности излучения 53 мВт/см2 КПД солнечных элементов составляет 12,5 %, а значения их выходных параметров равны: УОС = 0,62 В,
/sc = 15 мА/см2 и FF = 0,71. Кривая спектральной чувствитель-
350
Глава 7
ности элементов имеет плоскую форму в интервале длин волн 0,55... 0,91 мкм. Области снижения чувствительности в коротковолновом и длинноволновом диапазонах спектра соответствуют краям поглощения CdS и InP. Плотность обратного тока насыщения в этих элементах очень мала (~10-8 А/см2). Ток короткого замыкания и эффективность собирания носителей определяются исключительно объемными свойствами InP и окна из CdS [43] и почти не зависят от свойств границы раздела. Диффузионная длина электронов в InP, найденная с помощью кривой спектральной чувствительности элементов, составляет ~ 1,3 мкм. При нанесении CdS на поверхности подложек из InP, параллельные плоскостям (100) и (110), элементы обладают по существу аналогичными характеристиками.
В том случае, когда в процессе изготовления монокристаллических солнечных элементов на основе р-InP — я-CdS слой CdS выращивают на поверхности (111) InP методом химического осаждения из паровой фазы с использованием H2S (водород служит газом-носителем) при температуре источника 700 °С и температуре подложки 620 °С, КПД элементов с просветляющим покрытием из SiO в условиях АМ2 равен 15 % (при отсутствии покрытия—12,8%) [43], УОС = 0,79 В, 7sr =
= 18,7 мА/см2 (без просветляющего покрытия—16,0 мА/см2) и FF = 0,75. В легированных кадмием кристаллах InP концентрация дырок равна ~2* 1017 см-3, а их подвижность
— 80 см2/(В-с). В пленках CdS концентрация электронов составляет 2-1018... 1019 см-43 при их подвижности, изменяющейся в пределах 100... 150 см2/(В-с). Предварительные ускоренные ресурсные испытания монокристаллических солнечных элементов на основе InP — CdS показали, что негерметизированные элементы не подвержены воздействию окружающей среды и что их характеристики ухудшаются при температурах более 400 °С. При температуре 485 °С свойства высокопроводящих пленок CdS не изменяются в течение месяца.
Ито и Осава [44] сообщили о создании монокристаллических солнечных элементов на основе InP — CdS (без просветляющего покрытия) посредством нанесения слоя CdS на плоскость (111) InP методом химического осаждения из паровой фазы и о получении КПД 4,1 %. Низкая чувствительность элементов в длинноволновой области спектра, вероятно, связана с образованием на границе раздела слоя (обнаруженного с помощью электронно-зондового микроаналйзатора), состоящего из смеси: InP и CdS.
