Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
В разд. 2.2.1.4 авторы описывают аналогичный процесс с применением кварцевого испарителя. — Прим. перев.
8 Заказ № 1939
226
Глава 4
контактной сеткой данная структура обладает высокими оптическими характеристиками и обеспечивает прохождение в элемент 'около 92 % солнечного излучения.
Седон и др. [13] использовали по существу аналогичный способ изготовления элементов с тем лишь отличием, что медная контактная сетка с электролитически осажденным слоем золота соединялась с поверхностью слоя Cu2S посредством механической прокатки и небольшого вдавливания, а термообработка представляла собой двухминутный прогрев образца в сушильной печи при температуре 250 °С в циркулирующем потоке воздуха. Арндт и др. [И, 12] с помощью такого же метода формирования перехода получили (на стеклянных подложках с покрытием из Сг — Ag) стабильные тонкопленочные солнечные элементы на основе Cu2S— CdS большой площади (7X7 см2), КПД которых в условиях AMI1* составил 7,1 %. Контактная сетка создавалась непосредственно на стеклянной пластине, которая на заключительном этапе изготовления элемента крепилась методом прокатки к слою Cu2S и служила герметизирующим покрытием. Обработка образцов после формирования перехода состояла в нанесении на поверхность Cu2S вакуумным испарением тонкого слоя Си (толщиной 5. ..10 нм) или в выдержке их в тлеющем разряде, возбуждаемом в водороде, с последующей термообработкой в течение нескольких минут на воздухе или в кислородсодержащей атмосфере при температуре около 220 °С. Бхат и др. [18], а также Банерджи и др. [19] установили, что для улучшения характеристик элементов на основе Cu2S — CdS, получаемых с использованием химической реакции замещения в твердой фазе, необходима термообработка при температуре около 200 °С продолжительностью 5 мин в условиях вакуума при давлении —13 Па.
Процесс изготовления солнечных элементов со структурой Cu2S—ZnxCdi_xS [7] не отличается от рассмотренного ранее, за исключением того, что методом вакуумного испарения с применением графитового источника, состоящего из двух коаксиально расположенных испарителей, вместо CdS осаждают ZnxCdi_xS (см. разд. 2.2.1.4). Средний размер зерен в пленках ZnxCdi_xS при 0,1 <*<0,2 составляет —2 мкм. Тонкопленочные элементы
Спектральный состав солнечного излучения и его интенсивность на поверхности Земли меняются в зависимости от длины оптического пути световых лучей в атмосфере. Длина этого пути характеризуется величиной, называемой оптической атмосферной массой т, которая связана с углом 0 между направлением на Солнце и прямой, проходящей через зенит, зависимостью m=l/'cos0. Если Солнце находится в зените, то оптическая атмосферная масса равна единице (условия АМ1), при его удалении от зенита атмосферная масса возрастает. В СССР и странах СЭВ в качестве стандартных условий при измерении параметров солнечных элементов приняты АМ1, АМ1,5 и AM0 (спектр солнечного излучения за пределами атмосферы при нулевой атмосферной массе). — Прим. перев.
Солнечные элементы на основе сульфида меди
227
на основе Cu2S — Zn*Cdi--*S с просветляющим покрытием из Та2Об толщиной 70 нм после термообработки в струе водорода при температуре 170°С имеют КПД 10%. В том случае, когда пленки Zn^Cdi-jcS получают с помощью одного испарителя [19, 40], солнечные элементы обладают более низким КПД.
4.2.3 Элементы, получаемые методом пульверизации с последующим пиролизом
Процесс изготовления тыльно-барьерных солнечных элементов на основе Cu2S—CdS [19, 26] начинается с нанесения (на химически чистую стеклянную подложку при температуре
— 400 ... 450 °С) методом пульверизации с последующим пиролизом прозрачного проводящего слоя SnOx, легированного сурьмой. Его слоевое сопротивление составляет 5... 10 Ом/квадрат, а оптический коэффициент пропускания во всей видимой области солнечного спектра приблизительно равен 90%. На поверхность этого слоя осаждают пленку Zn^Cdi-^S толщиной 3 ... 4 мкм посредством пульверизации водного раствора смешанных в определенном соотношении CdCl2, ZnCl2 и CS(NH2)2 (температура подложки поддерживается на уровне 300 °С). Отжиг пленки ZnxCdi-xS, способствующий уменьшению ее удельного сопротивления, осуществляют в вакууме при температуре около 300 °С в течение 30 мин или в струе водорода при 200 °С [27]. Затем для получения слоя Cu2S проводят процесс окунания. Термообработка, необходимая для формирования перехода, представляет собой вакуумный отжиг, температура и длительность которого зависят от состава пленки. Обычно при л:=0 температура отжига составляет 250 °С, а его продолжительность — около 5 мин. Сплошной металлический контакт к слою Cu2S создают на основе серебряной электропроводящей пасты. В качестве омического контакта к Cu2S Сингх [29] использовал многослойную структуру Аи—Си—РЬ, осаждаемую методом вакуумного испарения. Для улучшения характеристик элементов, получаемых с помощью пульверизации, некоторые исследователи [39, 41] осуществляли термообработку после нанесения на их поверхность пленки меди.
Мартинуцци и др. [27], получавшие пленки CdS методом пульверизации с последующим пиролизом при различном отношении концентраций атомов S и Cd в распыляемом растворе (изменяющемся от 1 до 3), установили, что при температуре осаждения 380 ЧС и отношении концентраций, равном единице, пленки, состоящие из кристаллитов размером —0,5 мкм с преимущественной ориентацией относительно направления <002>, обладают прозрачностью в области длин волн А,>520 нм и, следовательно, могут быть использованы для изготовления солнечных элементов. Однако в лаборатории авторов наилучшие ре-
