Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
При переводе были опущены разделы книги, содержание которых хорошо известно советскому читателю по оригинальным отечественным и переводным зарубежным публикациям, приведенным в списке дополнительной литературы. В основном эти разделы охватывают общие вопросы изучения фотоэлектрических свойств полупроводников и полупроводниковых приборов, технологии получения и метрологии солнечных элементов, исследования характеристик фотоэлектрохимических солнечных элементов. В список дополнительной литературы включена также небольшая часть отечественных публикаций, дающих представление о разнообразии и широте проводимых в СССР разработок и исследований свойств тонкопленочных солнечных элементов.
М. М. Колтун
Глава 1 АНАЛИЗ СВОЙСТВ ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫХ ПЕРЕХОДОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
1.1 Введение
Для успешного производства высокоэффективных солнечных элементов наряду с применением современных методов изготовления необходимо глубокое понимание процессов, происходящих в элементах. Установив соответствие между характеристиками элементов и основными структурными, электронными и оптическими свойствами полупроводниковых слоев, можно точно определить влияние каждого из них на параметры перехода и наметить пути повышения КПД преобразования солнечной энергии. Для этого требуется детальный анализ свойств материалов, применяемых в различных компонентах конструкции солнечных элементов. Качество перехода оценивают, исходя из вольт-амперной и вольт-фарадной характеристик, а также из спектральной зависимости чувствительности, с помощью которых определяют ряд важных параметров, таких, как плотность обратного тока насыщения, диодный коэффициент, концентрация ионизированных примесей, диффузионный потенциал, высота потенциального барьера, толщина обедненной области и напряженность электрического поля в переходе. На основании этих данных можно построить энергетическую зонную диаграмму перехода и разработать физическую модель для описания основных процессов, определяющих характеристики элемента. Создание модели наряду с измерениями и анализом потерь носителей заряда и излучения оказывается чрезвычайно полезным при оптимизации параметров фотоэлектрического преобразователя. Данная глава посвящена рассмотрению основных экспериментальных методов определения характеристик солнечных элементов и связанных с ними измерений; при этом особое внимание уделяется методам, специально разработанным для исследования тонкопленочных элементов.
В последующих разделах, каждый из которых связан с описанием конкретного метода измерений, в первую очередь рассматриваются экспериментальная установка и методика получе-
8
Глава 1
ния данных. Далее обсуждаются вопросы анализа и интерпретации результатов измерений при определении параметров материала или перехода.
1.2 Анализ свойств переходов
В этом разделе речь пойдет об измерениях, которые позволяют получить информацию о свойствах перехода и его диодных характеристиках. К ним в первую очередь относятся измерения вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик при различных температурах и интенсивностях излучения. Рассмотрен также метод емкостной спектроскопии глубоких уровней, основанный на изучении процесса релаксации емкости перехода при обратном смещении, с помощью которого можно получить полезные сведения о параметрах центров рекомбинации.
1.2.1 Анализ вольт-амперных характеристик
Исследование вольт-амперных характеристик солнечного элемента при различных температурах и интенсивностях падающего излучения позволяет получать важные данные о качестве перехода и механизме переноса носителей заряда [1—11]. Однако, прежде чем проводить количественный анализ характеристик, в уравнении вольт-амперной характеристики р—п-пере-хода необходимо учесть влияние последовательного Rs и шунтирующего Rsh сопротивлений. Уравнение вольт-амперной характеристики солнечного элемента можно представить в виде
/' = Zhi [exp (qV'/mkT)- 1]-/L. (1.1)
i
Здесь r=I—V'/Rsh, V'=V—IRSl II — фототок, q — заряд электрона, I si и tii — компоненты обратного тока насыщения и диодные коэффициенты, отвечающие различным механизмам протекания тока. Значения ISi и П\ можно определить из экспериментальных данных соответственно по пересечению кривой, представляющей зависимость lg (I' + Il) от V'y с осью ординат и по наклону этой кривой. При рассмотрении солнечного элемента, в эквивалентную схему которого включены два диода1), на графике зависимости lg (I' + Il) от V' можно выделить две области, характеризующиеся разным наклоном и, следовательно, двумя значениями пу которые относятся к различным диодам, а также двумя значениями /s, определяемыми путем экстраполяции каждой из зависимостей до точки пересечения соответствующей кри-
*) Обычно это делается для того, чтобы показать существование в реальном р—«-переходе двух механизмов протекания тока; диффузионного и генерационно-рекомбинационного. — Прим. ред.
Анализ свойств полупроводниковых материалов
9
Рис. 1.1. Зависимости I'+Il от V' для Рис. 1.2. Зависимости Is от 1 /кТ
