Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Холл (81] отмечает, что наиболее важным следствием термообработки элементов под давлением, осуществляемой в процессе крепления контактной сетки и при последующих технологических операциях, является повышение степени ориентации оси с зерен пленки CdS относительно нормали к поверхности подложки и уменьшение ширины области, ограничиваемой кривой распределения угла отклонения этой оси от нормали. Холлом установлено, что непосредственно после изготовления элементов мокрым методом ось с зерен отклонена от нормали в среднем на 19°, причем кривая распределения угла отклонения оси с относительно средней величины имеет гладкую форму, а полуширина распределения на уровне, соответствующем половине максимума, составляет 10... 12°. После термообработки под давлением при создании контактов направление преимущественной ориентации оси с совпадает с нормалью к поверхности подложки. В результате последующей продолжительной термообработки кривая распределения углэ отклонения оси с относительно нормали приобретает резкую форму, а полуширина распределения на уровне половины максимума уменьшается примерно до 3°.
4.5.2 Состав Cu^S
Экспериментальные данные показывают, что слоевое сопротивление пленок CuxS и ток короткого замыкания элементов значительно изменяются при вариациях состава Cu*S. Этот вывод наглядно подтверждает приведенная на рис. 4.12, а зависимость тока короткого замыкания Isc от состава Cu*S в диапазоне 1,9<л:<2,0 [88, 89].Палц и др. [89] сообщали, что наиболее высокий коэффициент собирания носителей имеют эле-
9 Заказ № 1939
258
Глава 4
Q
1=1,997
<
2
j____i____i____i___I___i____i____i___i____L
1,9
1,95
2,0 *
0,5
0,6
5
0,7 Л, мкм
CL
Рис. 4.12. Влияние состава слоя Cu*S на ток короткого замыкания Isc (а) [89] и коэффициент собирания Q носителей (б) [92] в солнечных элементах со структурой CujtS—CdS.
менты, в которых используется орторомбический халькоцит C112S. В том случае, когда образуются фазы CuxS, обедненные медью, уменьшение коэффициента собирания носителей приводит к снижению he• Накаяма и др. [103] показали, что относительное значение КПД солнечных элементов на основе CuxS— CdS зависит от состава Cu^S следующим образом: если за 100 % принять КПД элементов со слоем C112S, то Cui^S соответствует КПД 60 %, Cui,8S — 10 % и CuS — 5 %• Аналогичные результаты получены и другими исследователями [53, 91].
Виет и Каталано [92] измерили спектральные зависимости тока короткого замыкания солнечных элементов на Основе CuxS—CdS при значениях х в интервале l,9<x<2,0. Результаты этих авторов представлены на рис. 4.12, б. Сравнение экспериментальных данных с теоретическими позволяет сделать вывод о том, что ослабление чувствительности элементов при уменьшении л: вызвано главным образом снижением диффузионной длины неосновных носителей в CuxS. Почти параллельное смещение вниз кривых чувствительности в спектральном диапазоне 0,6.. .0,8 мкм при уменьшении х связано, вероятно, с понижением коэффициента поглощения света. Результаты Дилмана [90] свидетельствуют о том, что диффузионная длина неосновных носителей не превышает 5 нм во всех фазах CuxS, за исключением халькоцита, в котором диффузионная длина электронов Le^35 нм в направлении, перпендикулярном оси с, и Le~90 нм в направлении, образующем с осью с угол 35°. Согласно выводам автора, только халькоцит имеет приемлемую
Солнечные элементы на основе сульфида меди
259
диффузионную длину неосновных носителей, причем значение Ье максимально в направлении, параллельном оси с. Установлено также, что халькоцит обладает более высоким коэффициентом поглощения света по сравнению с другими фазами сульфида меди и его значение максимально в направлении, параллельном оси с, которая была направлена перпендикулярно поверхности подложки в исследованных образцах.
Некоторые авторы [42] объясняют наличие зависимости диффузионной длины электронов в CuxS от состава вещества влиянием концентрации дырок, которая определяется количеством вакансий меди. Если предположить, что преобладающим рекомбинационным процессом является оже-рекомбинация, то при концентрации дырок, равной р, время жизни электронов, соответствующее этому процессу, т~р~1. Выражение для диффузионной длины электронов имеет вид
Le = (vkTxIq)112 ~ {\ikTlpq)'12.
Зависимость слоевого сопротивления пленки CuxS от р определяется соотношением
Я = р/d^iqtLppd)-1.
Здесь d — толщина пленки CuxS. Таким образом, если Isc~Le (при Le<d), то Isc~Rl/2- Как показали измерения, такой характер зависимости /sc от R наблюдается в широком диапазоне составов.
Приведенные выше результаты не согласуются с данными Мозеса и Вассермана [67], не обнаружившими взаимосвязи между измеренными значениями Le и составом слоя CnxS. Изменения вольт-амперных характеристик и спектральной чувствительности элементов, вызываемые термообработкой, эти авторы объясняют вариациями напряженности электрического поля в области перехода. Результаты, полученные в лаборатории авторов книги, показывают, что при значениях КПД солнечных элементов, равных 3... 4 %, влияние состава CuxS на КПД и другие фотоэлектрические параметры незначительно и что четкую зависимость между Isc и х установить невозможно.
