Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
’Настоятельно рекомендуем ознакомиться с работой 1978 г.
**Слои Si были получены путем нанесения расплавленных капель Si на движущуюся ленту нз пиролитического углерода [Belouct. 11<801.
251
Казмерский [Kazmerski, 1978, 1980а] применил теорию Карда и Янга [Kard, Yang, 1977] к прямозонным широкозонным материалам, в частности к CuInSej. Этим же автором дан подробный обзор состояния исследований и перспектив дальнейшего совершенствования поликристаллических солнечных элементов [Kazmerski. 1980b].
Грин [Green, 1978], используя эквивалентную схему, описывающую трехмерное протекание тока, сосредоточил внимание на роли межзеренных границ в обедненной области р-п-перехода.
При оценке Jse в Си* S—CdS-солнечных элементах сделано предположение о том, что все избыточные носители заряда, рожденные в местах, расстояние от которых до цилиндрической межкристаллитной границы меньше, чем до р—и-перехода, не дают вклада в Jsc [Rothwarf. 1970>|. Несмотря на это упрощающее предположение, в теории учитывалась неоднородность темпа генерации dT/dX и а(Х) в реальном солнечном элементе, которая в большинстве теорий игнорировалась.
Трехмерная задача переноса заряда в поликристаллическом материале настолько сложна, что практически не допускает точного решения1 Поскольку рассмотренные до сих пор модели включают ряд допущений, следует охарактеризовать свойственные этим моделям ограничения.
1. По самой своей природе процедура усреднения времени жизни и диффузионной длины неосновных носителей заряда обусловливает невозможность в дальнейшем оценить ряд важных аспектов процесса переноса заряда.
2. Как правило, условия работы солнечных элементов таковы, что их анализ на основе (6.21) для времени жизни носителей заряда в нитевидных кристаллитах вряд ли может привести к получению точных результатов.
3. Во многих моделях пренебрегают влиянием прямого смещения на инжекцию в квазинейтральную область и, в частности, на границе обедненного слоя р-л-перехода.
4. Расчет Уое и // (включая зависимость собирания фотогенерированных носителей заряда от смещения) носит крайне приближенный характер.
Эффективную скорость поверхностной рекомбинации SeJJ (Wdgb) на межкристаллитной границе рассчитывали для двух крайних случаев: темновых условий и условий освещения, когда высота барьера на меж-кристаллитной границе существенно снижена. В условиях освещения в свою очередь существовало два варианта: использовать либо бесконечное значение либо только для случая сильного возбуждения, когда
влияние зарядов на пограничных состояниях можно не учитывать. Более строгое рассмотрение промежуточных случаев было бы крайне полезным, в особенности для диагностики поликристаллического материала.
Наблюдают достаточно приемлемое соответствие между теорией и экспериментальными характеристиками солнечных элементов на основе поликрсталлических материалов, в особенности при больших размерах
1 Обзор этой проблемы дан Линдхольмом и Фоссумом [Lindholm, Fossum, 1981].
252
кристаллитов. Однако в случае нрямозонных широкозонных материалов значения Voc и ff обычно меньше предсказываемых теорией, и поэтому особенно важна задача повышения точности моделей.
Несмотря на указанные недостатки, теоретические модели существенно улучшили паше понимание характеристик поликристаллических солнечных элементов. Например, согласно соотношению ~
~ [«/; (И^'Л) ] ~ 1 2 из (6.28) КПД солнечного элемента существенно повышается в условиях концентрированного излучения (при степенях концентрации от 3 до 20). Возможность использования поликристаллических солнечных элементов в сочетании с системами при малых степенях концентрации солнечного излучения до сих пор игнорировали, однако такое применение может оказаться экономически выгодным. Еще из
одного соотношения ~ X'J2 следует, что для повышения Jsc необходим более низкий уровень легирования поглощающего свет слоя; при этом, конечно, требуется некоторый компромисс с зависимостью У„с от ХА.
6.3.3. Снижение рекомбинации на межкристаллитной границе
Для снижения потерь, обусловленных наличием межкристаллитных границ в поликристаллических солнечных элементах, существуют три основных способа: 1) нейтрализация электрической активности состояний на межзеренной границе путем введения примесей определенного сорта; 2) преимущественное ’’обволакивание” участков пересечения границ зерен и р-п-перехода диэлектриком; 3) включение границы зерна в качестве составной части в р-и-переход путем локального диффузионного легирования межзеренной границы до приобретения ею противоположного типа проводимости (например, граница приобретает проводимость и-типа в поглощающем слое p-типа), т.е. путем создания аналога вертикального многопереходного солнечного элемента (см. рис. 4.24).
Нейтрализацию состояний на межкристаллитной границе исследовали во многих работах. Использовали отжиг в среде атомарного водорода в целью увеличения проводимости поперек межзеренных границ в бикристаллах Si [Seager, Ginley, 1979; Seager e.a., 1980]. Этот способ эффективно устранял все поддававшиеся измерению барьеры (при 300 К) на глубинах до 0,2—0,5 мм. В предварительных исследованиях поликристаллических кремниевых солнечных элементов с размером зерен 7 = 0,1 -f 1 мм было достигнуто некоторое увеличение Jsc, Voc и ff. Эти элементы с р-л-переходом изготовляли традиционным методом диффузии и после нанесения контактов отжигали в среде атомарного водорода. Известны и другие рабрты по пассивации межзеренных границ в среде Н2 [Robinson, D’Aiello, 1981; Makino е.а., 1980] и Li [Miller, Orr, 1980; Young e.a., 1981].
