Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
,зул!?тда)ы~были получены- при отношении концентраций атамов S и Cd, равном трем. Следует отметить, что это- отношение не влияет на состав пленок CdS^ а оказывает воздействие только на их микроструктуру. Бодхрадж и др. [26J, Мартинуцци и- др. [27], а также Джордан [30] в солнечных элементах на основе C112S—CdS применяли легированные алюминием пленки CdS с переменной концентрацией примеси, при осаждении которых осуществлялось плазцое изменение концентрации AICI3, служившего источником легирующей примеси в распыляемом растворе.
Джордан [30] изготовил тонкопленочные солнечные элементы на основе Cu2S — CdS, используя лишь метод пульверизации. На стеклянную подложку с покрытием из SnOx в первую очередь осаждался слой CdS толщиной 2 мкм с переменной концентрацией легирующей примеси, а затем в процессе распыления раствора (содержавшего, в частности, уксуснокислую медь и N, N-диметилтиомочевину) на поверхности CdS при температуре 150 °С выращивался слой CuxS.
Характерной особенностью всех методов изготовления солнечных элементов со структурой C112S—CdS является необходимость проведения термообработки после формирования перехода. Этот процесс, относящийся к числу наиболее важных технологических операций, будет рассмотрен более подробно в разд. 4.5.1.
4.3 Физические модели
В настоящее время установлено, что характеристики солнечных элементов в значительной степени зависят от микроструктуры каждого слоя (тыльного контакта, CdS и CU2S) и морфологии поверхности раздела C112S—CdS. Ясное представление
о микроструктуре тонкопленочных элементов на основе C112S— CdS получено с помощью исследований методами электронной микроскопии. Разработаны различные способы приготовления образцов для изучения поперечного сечения элементов и поверхности раздела Cu2S—CdS. Исследование структуры и морфологии наряду с анализом состава и профиля распределения химических элементов по глубине позволяет выяснить ряд вопросов, связанных с формированием перехода и процессами, происходящими при работе солнечных элементов. В данном разделе представлены результаты этих исследований.
4.3.1 Микроструктура
Солнечные элементы, создаваемые методами вакуумного испарения и пульверизации с последующим пиролизом, имеют существенно неодинаковые микроструктуру и морфологию. Рассмотрим сначала элементы, изготовляемые с помощью вакуум-ногскиспарения.
Солнечные элементы на основе сульфида меди
229
М:щщетруктур§ и поверхностщад рельеф <щщ CdS §авйщу ф поверхности подложки!' %рк правило,, при темпера-
туре осаждения 200 °Q и выше образуется „ориентированные щщ1щ Обладающие столбчатой структурой, с размером зерен в верхней части столбиков порядка 3...5 мкм. Щ микроснимках поперечного сечения солнечных элементов на шнове Си^З— CdS, получаемых с помощью растрового и просвечивающего электронных микроскопов, видно, что часть слоя} CdS, непосредственно прилегающая к подложке, состоит из'-'болЖ^мелkSx^Iз-о^ентированных зерен [42]. Сообщалось [8], чт<э поверхностный рельеф пленок CdS, осаждаемых на покрытые цинком медные подложки, воспроизводит форму поверхности подложки. При химическом травлении CdS в НС1, осуществляемом перед созданием перехода, на поверхности CdS появляется пирамздаль-дай рельеф [13, 4Эг^-46]г Точная форма и размерй пирамид зависят от концентрации травителя^ его температуры и продолжительности травления [13, 44, 45]. Для получения оптимальной формы поверхностного рельефа, обеспечивающей благоприятные условия для образования перехода с хорошими характеристиками, необходим выбор соответствующего режима травления 113, 44, 45].
Пленка Cu2S, выращиваемая на поверхности поликристалли-ческого слоя CdS в процессе реакции замещения при окунании, имеет сложную, значительно отличающуюся от плоской форму. Поскольку при проведении мокрого процесса раствор проникает но границам зерен и трещинам в глубь слоя CdS, пленка Cu2S помимо тонкой поверхностной области, образующейся в результате диффузии реагентов с наружной стороны CdS, содержит многочисленные выступы #р ей Существенно в поперечном направлении, углубляющиеся в слой CdS на те? участках, где диффузия реагентов в объем CdS происходит со стороны границ зерен [13, 43—46]. В этих выступах может быть сосредоточено от 20 до 80 % общей массы Cu2S, а их длина, иногда превышающая несколько микрометров, зависит от размера зерен, структуры поверхности подложки, на которую наносится слой CdS, а также от параметров процессов травления и окунания. На рис. 4.2 приведены полученные с помощью растрового электронного микроскопа изображения поверхностного рельефа и поперечного сечения пленки CdS непосредственно после ее осаждения методом вакуумного испарения. Кроме того, представлены микроснимки поверхности CdS после химического травления и пленки Cu2S, выращенной мокрым методом на поверхности CdS, подвергнутой травлению. На рис. 1.9 показаны микроснимки границы раздела Cu2S—CdS (после растворения Cu2S в KCN), поверхности свободной пленки Cu2S (со стороны, прилегавшей к слою CdS) и поперечного сечения пленки Cu2S.
230
