Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
355
методом вакуумного испарения тонкопленочных солнечных элементов с гетеропереходом p-CuInSe2— п-CdS. Рассмотрим эти элементы более подробно.
7.7.1, Процесс изготовления
На основе p-CuInSe2— я-CdS создают тонкопленочные солнечные элементы на металлизированных подложках фрон-тально-барьерной (элемент освещается со стороны слоя CuInSe2) или тыльно-барьерной (освещение со стороны CdS) конструкцийJ [53]. При изготовлении фронтально-барьерного элемента слой CdS толщиной 6.. .8 мкм наносят методом вакуумного испарения на подложку, нагретую до температуры 500 К- Образец извлекают из вакуумной камеры, и поверхность CdS подвергают кратковременному травлению в 10 %-ном растворе НС1. Затем при температуре подложки 525 К с помощью вакуумного испарения (применяется испаритель, состоящий из двух лодочек, наполняемых CuInSe2 и Se) выращивают тонкий (толщиной 0,25.. .0,5 мкм) слой p-CuInSe2. Регулируя количество испаряемого селена, изменяют тип проводимости пленок. Травление в НС1 необходимо для сенсибилизации структуры. Размер зерен в пленках обоих полупроводников составляет 0,8. ..1,2 мкм. Другой способ изготовления элементов заключается в том, что все входящие в их состав алой осаждают методом вакуумного испарения в едином цикле, без разгерметизации системы. При создании тыльно-барьерных элементов пленку p-CuInSe2 наносят на подложку с покрытием из золота непосредственно перед получением слоя CdS (толщиной 5... ...6 мкм). Концентрация носителей заряда в пленках p-CuInSe2 составляет 3 • 1016... 4 • 1016 см-3. Преимущественное направление роста пленок совпадает с направлением <112>, при этом ось <221 > структуры перпендикулярна плоскости подложки. Верхний сетчатый контакт создают из А1 на поверхности CdS (в тыльно-барьерном элементе) или из пасты на основе Au и Ag — на поверхности CuInSe2 (во фронтально-барьерном элементе). Готовые солнечные элементы отжигают при температуре 450 К и давлении ~13 Па в течение 15.^20 мин. Их КПД не превышает 5,7 %.
Недавно Балдхаупт и др. [54] сообщили о создании тыльнобарьерных солнечных элементов (с просветляющим покрытием) площадью 1 см2 на основе п-CdS — p-CuInSe2 с переменным уровнем легирования, КПД которых в условиях АМ1 достигает 9,53%. Схема конструкции элемента такого типа изображена на рис. 7.4. На подложку из оксида алюминия, покрытую слоем молибдена, методом вакуумного испарения (с использованием трех источников — Си, In и Se) наносят обогащенный медью слой CuIn'Se2. При осаждении пленки
12*
356
Глава 7
_ __ Контактная
d., мкм ,,. М.,:. ............................Щ сетка из А1
1.5-3 0,5-1,5
1.5-3,0
0,5-1,5
CdS: In CdS
CuInSe2
CuIn5e2;Cu
Mo
[ЪЗложка из At203
Рис. 7.4. Схема конструкции высокоэффективного тонкопленочного солнечного элемента на основе p-CuInSe2—/г-CdS с переменным уровнем легирования [54].
CdS легирующей примесью служит индий. Верхний контакт представляет собой алюминиевую сетку. В качестве просветляющего покрытия применяется пленка SiOx. Термообработка элементов осуществляется при температуре 200°С в атмосфере водорода и аргона.
Тонкопленочные солнечные элементы на основе CuInSe2 — CdS изготовляют также и методом пульверизации с последующим пиролизом [55] или посредством ионного распыления в сочетании с вакуумным испарением [56]. КПД этих элементов, как правило, не превышает 2 %•
7.7.2 Фотоэлектрические характеристики
Вольт-амперная характеристика высокоэффективного тонкопленочного солнечного элемента тыльно-барьерной конструкции площадью 1 см2 на основе p+-CuInSe2: Си — p-CuInSe2— ft-CdS — n+-CdS : In с просветляющим покрытием показана на рис. 7.5. При освещении имитатором солнечного излучения, воспроизводящим условия АМ1 (интенсивность света — 101,5 мВт/см2), солнечные элементы имеют следующие выходные параметры: при отсутствии просветляющего покрытия
V0r = 0,396 В, 7SC = 35 мА/см2, FF = 0,64 и т] = 8,72 %; при использовании просветляющего покрытия из SiOx — V0c = 0,396 В, J6c = 39 мА/см2, FF = 0,63 и г| = 9,53 %.
Казмерски и др. [53] получили фронтально-барьерные элементы на основе CuInSe2 — CdS (в едином технологическом цикле) с КПД 4,4 %. Солнечные элементы, у которых слой CdS подвергается химическому травлению, имеют более низкий КПД (2,46%), вероятно, вследствие повышенного последовательного сопротивления, обусловленного загрязнением поверхности (и появлением на ней уровней энергетических состояний) в процессе травления и выдержки на воздухе. При интенсивности излучения 100 мВт/см2 выходные параметры солнечных
Новые типы солнечных элементов
357
элементов площадью 1,2 см2 равны: УОс = 0,41 В, Jsc =
= 19,9 мА/см2 и FF = 0,5 (при изготовлении в едином цикле) и Voc = 0,34 В, /sc= 12 мА/см2 и FF = 0,36 (при осуществлении травления слоя CdS). Тыльнобарьерные элементы обладают повышенной эффективностью (их КПД составляет 5,7 % при Voc = 0,44 В, Jsc = 22,5 мА/см2 и FF = 0,59) благодаря более полному поглощению света при наличии окна из CdS и лучшим характеристикам перехода. Кроме того, как показывают результаты исследований (методом оже-спектроско-пии) химического состава, элементы тыльно-барьерной конструкции имеют более резкий переход [57]. У элементов, подвергавшихся химическому травлению, на границе раздела обнаружен слой оксида.
