Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
240
Глава 4
излучения 107 мВт/см2 имеют 1/ос^0,43 В, /sc = 3,4 mA/cm2hFF = = 0,41которым соответствует КПД —0,58 %. Мюллером и др. [31] получены элементы с КПД, не превышающим 1 %. Солнечные элементы, состоящие из слоя CdS, нанесенного методам ионного распыления, и пленки C112S, выращенной с помощью сухого химического процесса [33, 34, 58], в условиях АМ1 обладают КПД около 1,2% при 7SC = 6,9 мА/см2, 1/ос = 0,4 В и FF= = 0,43. Невысокие значения Jsc в этих элементах связаны главным образом с низкой эффективностью собирания носителей вследствие малой напряженности электрического поля в области перехода в слое CdS, получаемом методом ионного распыления.
У солнечных элементов на основе Cu2S—CdS, изготовленных методом трафаретной печати [35] и испытанных при интенсивности излучения 100 мВт/см2, получен КПД —2 % при 1/Ос = 0,45 В и FF~0,5. КПД элементов площадью 0,01 см2 на основе сульфида кадмия, нанесенного методом электрофореза, и сульфида меди, осажденного с помощью вакуумного испарения, не превышает 4,7%. У элементов большей площади (1 см2) КПД приближается к 2%.. КПД солнечных элементов площадью 1 см2 со слоем CdS, нанесенным методом электрофореза, и пленкой C112S, выращенной посредством мокрого химического процесса, составляет 1 .. . 2 %.
Отличительной чертой всех тонкопленочных солнечных элементов со структурой Cu2S—CdS, независимо от метода их изготовления, является наличие эффекта пересечения темновой и световой вольт-амперных характеристик. Этот эффект обусловлен существованием глубоких-энергетических уровней в компенсированной области CdS, расположенной вблизи перехода. Однако в том случае, когда измерение темновой вольт-амперной характеристики- осуществляется по точкам и при каждом значении нацря^еция смещения элемент выдерживается определенное время, достаточное для установления равновесия (именно такой способ измерения можно считать правильным), получаемая кривая не пересекается со световой характеристикой. Более подробно эффект пересечения вольт-ампер-ных характеристик будет обсуждаться, ниже.
Аналогичную природу имеет явление зависимости вольт-ам,-перць}х характеристик от длины золны света [59]. При облучении солц^чных элементов коротковолновым или .длинноволновые е^ет.^. с одинаковой плотностью поток# фотонов нагрузоч-ньйгШ^^^напряжени^ далостого хода не изменяются, в до время кар значения тока ко ро тадщ. s 9 м ы ка ни я и .коэффициента запол-н.еция.1 вздьт-амцерной .характеристики оказываются .более низ.? киВ;«дом, случае, .кордов падающем. излучении ^преобладают .ффто&Ы красной,. длиннш®.лн©мфй^области стяттю*.-.cr^^pa. При%$-ка-ни-розадии ;®еетовым -.лучдм :нов^шоса?й ^р^у.пнйхц,э^
Солнечные элементы на основе сульфида меди
241
ментов обнаружены области, обладающие различной спектральной чувствительностью [73].
Несколькими авторами исследовалось влияние интенсивности излучения и температуры на световые вольт-амперные характеристики солнечных элементов со структурой Cu2S—CdS [29, 36, 56, 60—63]. В наиболее ранней из этих работ Ширланд [62] провел измерения характеристик тонкопленочных солнечных элементов на основе Cu2S—CdS (изготовленных методом вакуумного испарения CdS с последующим окунанием) при интенсивности излучения, изменяющейся в пределах 25.. . 200 мВт/см2, и установил, что ток короткого замыкания связан с интенсивностью света линейной зависимостью. Как и ожидалось, при увеличении интенсивности излучения напряжение холостого хода повышается, и при очень высоких уровнях светового потока наблюдается его насыщение. Однако КПД преобразования энергии не изменяется, поскольку по мере увеличения освещенности коэффициент заполнения вольт-амперной характеристики понижается с 0,71 до 0,66. Наличие в CdS фоторезистивного эффекта приводит к уменьшению шунтирующего сопротивления элементов с 102 до 7 Ом и последовательного сопротивления—с 0,16 до 0,04 Ом. Напряжение, соответствующее максимальной мощности, при увеличении освещенности повышается. Бриан и Глю [61] наблюдали другую тенденцию: при. уменьшении интенсивности излучения КПД элементов на основе Cu2S—CdS незначительно возрастает, пока интенсивность не достигнет такого уровня, при котором начинается резкое изменение последовательного сопротивления. При дальнейшем уменьшении интенсивности света КПД элементов, как показано на рис. 4.6, а, существенно понижается. Увеличение интенсивности излучения сопровождается плавным уменьшением шунтирующего сопротивления и ростом последовательного сопротивления. При повышении интенсивности света фототок возрастает по линейному закону, что иллюстрирует рис. 4.6, б. На этом же рисунке представлены зависимости обратного тока насыщения и диодного коэффициента от интенсивности излучения, которые, как полагают, характеризуют влияние освещения на высоту потенциального барьера на границе раздела Cu2S—CdS.
Ток короткого замыкания и напряжение холостого хода солнечных ..элементов со структурой Cu2S— CdS,. обычно связаны, с интенсивностью излучения«-соответственно линейной и логарифмической зависимостями *[36, 56, ;60, 63]. Однако некоторые исследователи [63] сообщали о том, что при освещении элемент тов монохроматическим излучением с длиной волны —0,9 мкм зависимость тока короткого замыкания от интенсивности света пра цтщх~ интенсивностях -является: сублинейной,, • а. при вьшсм кйх^ су<шрданейпо$-., ,[28] 'Установлено,, цтах у, дейфвфш* ярщт&тт*' |тяучъщт
