Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
Установлено, что добавка Си частично снижает потери на межкристаллитных границах и повышает КПД кремниевых поликристаллических солнечных элементов [Daud, Koliward, 1978]. Медь вводили путем диффузии с поверхности p-Si, полученного методом плавки, и в процессе выра-
253
щивания кристалла методом Чохральского до формирования р-п-перехода диффузией фосфора. Хотя после введения Си КПД мелкозернистого материала (у =» 0,1 мм) значительно (примерно на 15 %) возрастал, в материале с большими размерами зерен (7 ^ 1 мм) наблюдали противоположный эффект: КПД снижался примерно на 18 %. Наибольшее влияние оказывала добавка Си на ff и Voc. В частности, максимально изменялся ход темновой вольт-амперной характеристики при низких напряжениях, где /1 = 2, что как раз предсказывалось теорией Фоссума и Линдхольма.
При нанесении субмонослоя Ru иа и-GaAs скорость поверхностной рекомбинации снижалась не менее чем на порядок [Nelson е.а., 1980]. Можно ожидать аналогичного эффекта на границах зерен в ноликристал-лических слоях из этого материала.
Способ электрической изоляции межкрнсталлитных границ с помощью диэлектрика применен в случае солнечного элемента с барьером Шоттки Au-w-GaAs— w+-GaAs-Mo [Ghandi е.а., 1979]. Сначала на поверхности и-GaAs селективным анодированием выращивали толстый слой оксида, а затем стравливали его в HCi, оставляя тонкий слой (0-20 им) на открытой поверхности зерен и толстый (не менее 10 нм) на внутренних границах. После этой процедуры осаждался слой Аи и формировался барьер Шоттки. Без обволакивания межзеренных границ оксидом они имели и+ -тип проводимости (возможно, из-за диффузии примесей из слоя п* - GaAs в процессе его выращивания методом химического осаждения из паровой фазы) и сильно закорачивали солнечный элемент. После пассивации токи утечки снижались в 105—106 раз.
Третий подход к устранению влияния поликристалличности материалов в солнечных элементах - использование границ столбчатых кристаллитов в качестве составной части р—и-перехода в вертикальных многопереходных солнечных элементах (см. рис. 4.24). Для его реализации межзеренные границы р-Si локально легировали атомами Р, диффузионно вводившимися при низких температурах. В результате следующей высокотемпературной диффузии образовывался высоколегированный слой и-типа, покрывающий часть поверхности каждого зерна [Di Stefano. Cuomo, 1977].
Переход, образованный вокруг каждого зерна, способствует собиранию носителей заряда, которые прежде рекомбинировали на межзеренной границе. Граница зерна по-прежнему пересекает основной р—«-переход, однако это пересечение уже не находится в сильно освещенной области. Конечно, требуется ювелирная точность при проведении указанного процесса во избежание закоротки из-за возможного смыкания ^-/1-перехода с тыльным контактом.
6.4. Заключение
При достижении приемлемых значений КПД и стабильности солнечные элементы с ноликристаллическими слоями станут перспективными для широкомасштабного применения. Элементы па основе нолнкристал-
лических слоев Si с большими размерами кристаллитов1 продемонстрировали, в отличие от ранее бытовавшего мнения, возможность достижения высоких КПД при наличии межкристаллитных границ. Тем не менее ввиду необходимости резки слитка на пластины этот материал не обеспечивает каких-либо существенных экономических выгод. Реальное достоинство поликристаллических материалов — это возможность использования высокопроизводительных методов получения тонких пленок и снижение толщины активных областей солнечного элемента за счет применения в качестве поддерживающей основы дешевых подложек.
В солнечных элементах на основе поликристаллического кремния с крупным размером зерна значения Jsc, ff и Voc несколько ниже, чем в изготовленных из монокристалла. На основе поликристаллических слоев прямозонных широкозонных материалов Jsc не зависит от размера зерна. Однако там, где размеры зерна малы, наблюдают очень низкие Voc и ff, что является основным препятствием в достижении высоких КПД.
Перспективы применения тонкопленочных поликристаллических солнечных элементов зависят от того, насколько удастся снизить влияние межкристаллитных границ. Это можно сделать тремя путями: 1) уменьшением числа границ за счет увеличения размера зерна в процессе и (или) после осаждения слоев; 2) пассивацией границ за счет устранения или уменьшения возможности движения носителей заряда к границам, где они рекомбинируют; 3) применением материалов, в которых межзерен-ные области не активны.
Высокая квантовая эффективность собирания носителей заряда, наблюдаемая в пленках CuxS и CuInSe2 с малыми размерами зерен и (или) малыми толщинами, указывает на присущую этим материалам электрическую пассивность межзеренных границ, по крайней мере проявляемую по отношению к Jsc, Voc и ff. Эти материалы тем не менее могут способствовать разгадке механизмов, ответственных за пассивацию межкристаллитных областей в других полупроводниках и на границах раздела гетеропереходов.
1 Например, кремний марки Wackei SILSO
255
СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ
