Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Значение КПД монокристаллических солнечных элементов малой толщины в настоящее время резко увеличено: за счет текстурированной внешней поверхности и зеркального отражающего слоя с тыльной стороны КПД элементов даже при толщине базовой области 30.. .50 мкм составляет 12. ..14% при солнечном спектре, соответствующем условиям АМО. — Прим ред.
Глава 8
8.3 Новые конструкции обычных солнечных элементов
8.3.1 Многопереходные солнечные элементы с фотоактивным слоем из материала одного вида
Исследования многопереходных кремниевых солнечных элементов связаны с изучением возможности их применения при высоких коэффициентах концентрации излучения [И—14]. Наиболее эффективной является конструкция элементов на основе материала с высоким временем жизни неосновных носителей, в которой используются тыльные контакты типа «гребенка в гребенке» и прозрачный слой Si02 на освещаемой поверхности, снижающий скорость поверхностной рекомбинации носителей. Разделение носителей происходит на тыльной поверхности. Высокое удельное сопротивление материала базовой области способствует модуляции проводимости; при этом получают последовательное сопротивление элемента ~0,022 Ом
[15]. Сообщается, что при температуре 15°С и 220-кратной интенсивности излучения КПД составляет 16,5 %.
Недавно Чеппелом [16] предложен усовершенствованный многопереходный солнечный элемент с канавками V-образной формы. Все единичные элементы такого многопереходного солнечного элемента формируют одновременно на одной пластине кремния с помощью химического травления. На рис. 8.2 представлено схематическое изображение солнечного элемента, который состоит из нескольких единичных элементов р+—i — /г+-типа, соединенных последовательно. Единичные элементы трапецевидной формы получают посредством анизотропного травления поверхности кремниевой пластины с ориентацией < 100) через отверстия в слое термического окисла Si02. В процессе изготовления многопереходных элементов требуется лишь однократное нанесение фоторезиста — для разметки поверхности слоЯ'5Ю2, служащего маской при травлении V-образных канавок; р+- и я^-области переходов создают методом ионной имплантации. При этом внедрение атомов легирующих примесей осуществляют под таким углом, что г&- и р+-области формируются одновременно. Полученную структуру подвергают термообработке, необходимой для перевода внедренных примесных атомов в электроактивное состояние и для устранения дефектов, образовавшихся в процессе имплантации. Металлический слой, осаждаемый вакуумным испарением, соединяет единичные элементы электрически последовательно. При получении V-образных канавок происходит подтравливание краев полос, на которых в соответствии с намеченным техникой фотолитографии рисунком сохраняется окисный слой; низкое качество металлического покрытия на краях этих полос предотвращает
Новые напр, в разработке солнечных элементов
375
закорачивание п+- и р+-областей одного и того же элемента. Узкие полосы с плоской поверхностью благодаря наличию на ней окисного слоя защищены от проникновения легирующих примесей в процессе ионной имплантации. Металлический слой, осажденный на поверхность окисла, служит отражающим оптическим покрытием, способствующим увеличению поглощательной способности элементов.
На плоской поверхности кремниевой пластины крепится подложка из стекла марки Corning 7070. Солнечный элемент освещается со стороны стеклянной подложки.
В многопереходных солнечных элементах данного типа основная часть носителей генерируется вблизи освещаемой поверхности. Однако носители могут перемещаться не только параллельно этой поверхности. Максимальное расстояние, которое им необходимо преодолеть для достижения перехода, равна Wp. Часть носителей генерируется более глубоко под освещаемой поверхностью и, следовательно, ближе к переходу. Кроме того, за счет многократного внутреннего отражения света от тыльных и боковых участков поверхности, покрытых слоем металла, обеспечивается более высокий общий коэффициент собирания носителей, чем у обычного планарного солнечного-элемента, толщина которого равна высоте трапецевидных элементов. Общий коэффициент собирания определяется здесь как отношение количества поглощенных фотонов к количеству фотонов, прошедших в элемент. Таким образом, эффективная оптическая толщина многопереходного солнечного элемента во много раз превышает его реальную толщину. Согласно расчетам [16], при высоте единичных элементов, равной 50 мкм, средняя эффективная оптическая толщина составляет 267 мкм, что соответствует общему коэффициенту собирания более 93 %. При использовании тонких слоев кремния высокие значения общею коэффициента собирания обеспечивают получение высокого фототока даже при недостаточно большом времени* жизни носителей.
Внутренний коэффициент собирания многопереходных солнечных элементов, представляющий собой отношение числа электронно-дырочных пар, разделенных переходом, к числу
В некоторых работах этот физический термин определяется как коэффициент разделения. — Прим. ред.
ОсБвщЕние
I I ' it*
