Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
бцщ проникновения Cu2S вдоль,,границ зерен меньше, чем при использовании пленок CdS, полученных методом испарения.
На основе результатов исследований микроструктуры тонкопленочных солнечных элементов с гетеропереходом Cu2S—CdS <5^>1ли разработаны физические модели элементов,, создаваемых различными методами. На рис., 4.4 схематически изображены поперечные сечения элементов следующих, типов: CdS (вакуумное испарение)—Cu2S (мокрый процесс), Cd.S. (вакуумное, испарение)—Cu2S (?ухой процесс) и CdS (пульверизация с последующим пиролизом) — Cu2S. (мокрый цроцесс)
4.3.2 Анализ состава
Согласна .имеющимся, иубтщщщл, изучению; *е,аст#ва, еол* нежных э^емецто^ ца^ основе Cu2§—CdS ио;<шящвно, небольщ^е *шдлолра*бот, Цр.оатранс.твеннэ^^ра(?цред^ленце.',а^оме§ Cu,J|i.?й
234
Глава 4
определялось путем измерения с помощью флуориметра интенсивности линий /Са-серий характеристических рентгеновских спектров при сканировании в продольном направлении областей элементов, содержащих несколько границ зерен [51]. Было установлено, что спектры излучения Си и Cd чередуются при перемещении сканирующего луча, что свидетельствует о ярко выраженной сегрегации Cu2S в области границ зерен и согласуется с результатами структурного анализа. Аналогичные данные получены Мукерджи и др. [46] при исследовании методом катодо-люминесценции образцов Cu2S—CdS после создания косого шлифа. Цэнг и Гринфилд [52], изучавшие методом оже-спектроскопии распределение химических элементов в структурах Cu2S—CdS, изготовленных с помощью мокрого процесса, сообщали, что в поверхностном слое помимо S и Си содержится большое количество О, С, С1 и Cd. Полагают, что О и С проникают в слой Cu2S при выдержке образцов на воздухе, наличие же С1 и Cd связано с особенностями процесса окунания. Установлено также, что слой Cu*S солнечных элементов, имеющих высокий коэффициент заполнения вольт-амперной характеристики, состоит в основном из халькоцита и некоторого количества дюрлита. При недостаточно высоком содержании халькоцита элементы имеют плохие характеристики.
Толщина слоя халькоцита уменьшается со временем вследствие диффузии меди в слой CdS и к поверхности структуры и ее последующего окисления. Как показали исследования методами электронной спектроскопии для химического анализа и оже-спектроскопии [13], аналогичные процессы происходят и в пленках Cu2S, получаемых посредством окунания монокри-сталлического сульфида кадмия. Си, Cd, S, Cl, О и С были обнаружены на поверхности образцов как непосредственно после их приготовления, так и после термообработки на воздухе, однако термообработка приводит к тому, что отношение концентраций атомов Cd и Си значительно повышается. Установлено, что отожженные образцы содержат серу в двух валентных состояниях (в виде S и SC>42~). В образцах, прошедших термообработку, кадмий присутствует в глубине слоя Cu2S, в то время как непосредственно после их изготовления Cd содержится только на поверхности. При удалении слоя Cu2S ионным травлением на поверхности раздела были обнаружены узелки меди. Пфистерер и др. [53] опубликовали результаты исследований (методами оже-спектроскопии и электронной спектроскопии для химического анализа) высокоэффективных солнечных элементов на основе Cu2S—CdS, созданных с помощью мокрого процесса, а затем подвергнутых термообработке после нанесения на их поверхность пленки меди. Данные, полученные этими авторами» свидетельствуют о том, что медь присутствует в элементах в основном в одновалентном состоянии, сера существует в виде S2~„
Солнечные элементы на основе сульфида меди
235
а на внешней поверхности C112S имеется оксидный слой. Наличие кислорода в виде О2- означает, что в высокоэффективных солнечных элементах оксидный слой состоит из С112О, а не из СиО. Данные о существовании в элементах соединения CUSO4 отсутствуют.
Саткевич и Чарлз [54] провели анализ состава образцов Cu2S—CdS (полученных посредством окунания) методом масс-спектроскопии вторичных ионов, который показал, что после каждой технологической операции в процессе изготовления образцов профили распределения входящих в их состав химических элементов (Си, Cd и S) изменяются. Причина этих изменений, вероятно, связана с образованием следующих соединений: СигБОз-НгО — на поверхности C112S, CuS или СиО — на границе раздела CU2S—CdS и (или) CdO — на поверхности CdS до формирования перехода. В слоях CdS и Cu2S обнаружены такие примеси, как Fe, Mn, Li, Na, Са, К и Si. При продолжительной выдержке образцов на воздухе концентрация СиОН+ повышается, что свидетельствует о возможности проникновения В НИХ НгО.
Исследование распределения химических элементов по толщине пиролитических пленок CdS методом оже-спектроскопии (26] показало, что в пленках, не содержащих алюминия, кислород отсутствует, тогда как хлор обнаружен в беспримесных пленках CdS и в пленках, легированных алюминием. Полагают, что наличие хлора является следствием внедрения остаточного хлора из распыляемого раствора, в состав которого входит CdCl2. Установлено, что в легированных пленках CdS алюминий присутствует в виде соединения А120з.
