Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Результаты, полученные Казмерски и др. [45], отличаются от рассмотренных ранее. Снижение чувствительности изготовленных авторами методом вакуумного испарения тонкопленоч-
Новые типы солнечных элементов 353
1,0 Л,мкм
Рис. 7.3. Кривые зависимостей коэффициента собирания Q носителей заряда в тонкопленочных солнечных элементах на основе InP — CdS от длины волны света X.
1 — монокристаллический элемент, изготовленный исключительно методом химического осаждения из паровой фазы [43];
2 — слой InP нанесен методом химического осаждения из паровой фазы, слой CdS — с помощью вакуумного испарения [46]; 3 — слои InP и CdS получены методом вакуумного испарения [45].
ных солнечных элементов в коротковолновой области спектра вызвано поглощением излучения в слое CdS, тогда как положение границы чувствительности в длинноволновой области соответствует краю поглощения InP. Элементы не обладают чувствительностью к излучению с энергией, меньшей ширины запрещенной зоны InP (см. рис. 7.3). Более низкие значения коэффициента собирания носителей заряда, чем у монокристаллических элементов, обусловливают меньший ток короткого замыкания. Пониженная эффективность собирания носителей связана с их рекомбинацией внутри пленки InP, содержащей большое количество дефектов, и на границах зерен. В тонкопленочных солнечных элементах, созданных
Сайто и др. [46] на молибденовых подложках методом химического осаждения из паровой фазы (InP) в сочетании с вакуумным испарением (CdS), коэффициент собирания носителей в спектральном диапазоне от 0,6 до 0,7 мкм составляет около 0,7. Определенное авторами значение диффузионной длины электронов в пленках р-InP равно 0,2 мкм. Столь малая диффузионная длина носителей заряда и является причиной низких значений коэффициента собирания в длинноволновой области спектра (см. рис. 7.3).
Согласно данным Казмерски и др. [45], при отсутствии освещения зависимость тока от напряжения является экспоненциальной. Диодный коэффициент равен 2,34, что свидетельствует о существовании генерационно-рекомбинационного механизма протекания тока.
Сайто и др. [46] также изготовили на молибденовых подложках тонкопленочные солнечные элементы на основе слоев InP и CuxSe, получаемых методами химического осаждения из паровой фазы и вакуумного испарения соответственно. В условиях АМ1 элементы имеют КПД 1,7% при УОС = 0,47 В, /sc =11 мА/см2 и FF = 0,34. При длине волны света 0,65 мкм коэффициент собирания носителей заряда равен 0,40. Анализ спектральной характеристики чувствительности показывает, что
12 Заказ № 1939
354
Глава 7
вклад в фототок дают лишь те носители заряда, которые генерируются светом в обедненном слое.
7.7 Селенид меди и индия (CuInSe2)
^еленид меди и индия обладает чрезвычайно благоприятными свойствами как материал для создания фотоэлектрических преобразователей с гетеропереходом. Поглощение света в этом полупроводнике сопровождается прямыми оптическими переходами, что позволяет ввести менее жесткие требования к величине диффузионной длины неосновных носителей заряда. CuInSe2 легко получить в виде пленок как п-, так и р-типов проводимости, поэтому на основе данного материала могут быть созданы элементы с гомогенным и гетерогенным переходами. Ширина запрещенной зоны CuInSe2 (1,04 эВ) близка к оптимальной для преобразования солнечного излучения в наземных условиях. Поскольку степень несоответствия параметров кристаллических решеток CuInSe2 (структура халькопирита) и CdS (гексагональная структура) составляет лишь 1,2%, CuInSe2 и CdS образуют идеальный гетеропереход. Значения энергий сродства к электрону этих материалов приблизительно равны между собой, поэтому на границе раздела отсутствует пик в зоне проводимости.
Возможность получения высокоэффективных приборов на основе гетероперехода CuInSe2 — CdS реализована при создании монокристаллических элементов [48—50]. При интенсивности излучения 92 мВт/см2 КПД солнечных элементов площадью 0,79 мм2 составляет 12%, УОс = 0,5 В, Jsc = 38 мА/см2 и FF = 0,60. При изготовлении элементов на химически полированную монокристаллическую подложку из p-CuInSe2 наносят слой я-CdS толщиной 5... 10 мкм с использованием коаксиального изотермического двухкамерного испарителя, содержащего Cd и S. Осаждение осуществляют со скоростью около 0,15 мкм/мин при температуре испарителя 350°С и температуре подложки в пределах 130. ..210 °С. Просветляющим покрытием служит получаемый методом вакуумного испарения слой SiO. В интервале длин волн 0,55. ..1,25 мкм спектральное распределение коэффициента собирания однородно и его значения составляют 0,7.. .0,8. Границы спектрального диапазона чувствительности элементов в коротковолновой и длинноволновой областях соответствуют краям поглощения CdS и CuInSe2. Солнечные элементы большей площади обладают пониженным КПД, поскольку из-за "^наличия микротрещин в кристаллах CuInSe2 напряжение холостого хода уменьшается.
После того как были получены пленки селенида меди и индия [51, 52], появилась возможность создания исключительно
Новые типы солнечных элементов
