Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
Мы остановимся кратко на вопросе электрохимической стабильности диэлектрического слоя и его границы раздела с полупроводником. Эффекты старения в некоторых приборах, приводящие к изменению со временем темновых вольт-амперных характеристик и фоточувствительности, вероятно, вызваны диффузией кислорода, проникающего через металл в спой диэлектрика.
Изучение эффектов старения в диодах с барьером Шоттки на основе Аи —и-Si [Ponpon, Siffert, 1978] показало, что электрические свойства этих приборов непосредственно связаны с диффузией кислорода через металл.
Перед выдержкой на воздухе эти приборы не обладают выпрямляющими свойствами; в процессе старения их коэффициент выпрямления возрастает и достигает обычных значений, наблюдавшихся и другими исследователями. Степень снижения J0 зависит от продолжительности выдержки на воздухе, в то время как диодный коэффициент не меняется. Эти эффекты объясняют увеличением Ф6, что также согласуется с результатами измерений Voc и фотоэмиссионных спектров в инфракрасной области.
Предполагают [Ponpon, Siffert, 1978], что низкие начальные значения Фь обусловлены наличием неподвижного положительного заряда Qj в слое диэлектрика. Вследствие диффузии кислорода через металл этот заряд нейтрализуется и принимает свое обычное значение. В металлах, для которых характерна малая теплота образования оксида (таких, как Аи), происходит быстрая диффузия кислорода, и эффект старения выражен наиболее ярко. Напротив, металлы с большой теплотой образования оксида (например, А1) препятствуют диффузии СЬ к слою диэлектрика, и поэтому наблюдаемый эффект старения незначителен.
Теми же авторами [Ponpon, Siffert, 1977] исследованы структуры с барьерами Шоттки на основе и-CdTe в сочетании с различными металлами. В отличие от структур на основе Si при использовании Аи и CdTe барьер образуется непосредственно после нанесения металла. Тем не менее при выдержке диода на воздухе наблюдается увеличение Voc. Изучение влияния продолжительности выдержки в обычных условиях на прямые вольт-амперные характеристики показало, что их изменение вызвано в основном колебаниями коэффициента А, тогда как значения /0 остаются практически постоянными. Полученные результаты свидетельствуют о том, что изменение формы поля под влиянием состояний на границе раздела действительно является фактором, обусловливающим улучшение характеристик барьера Аи — я-CdTe.
2.6.5. Структуры
полупроводник—диэлектрик—полупроводник
Наблюдаемые в реальных структурах с гетеропереходом большие значения /о при ограниченных Voc, по-видимому, вызваны теми же причинами, что и в приборах с барьером Шоттки. Основанием для этого предположения служит то, что структуры с барьером Шоттки представляют 106
собой предельный случай широкого класса приборов с гетеропереходом (ср. 2.5.2). Таким образом, мы приходим к мысли о возможности создания на границе раздела гетероперехода тонкого диэлектрического слоя.
Фотоэлектрические свойства ПДП-структур были исследованы теоретически [De Visschere, Pauwels, 1978]. Ввиду сложности проблемы необходимы ограничивающие предположения, однако, даже если их принять, можно рассмотреть лишь отдельные частные случаи. Авторами показано, что если собирание фотогенерированных носителей происходит в наиболее сильно легированном полупроводнике, то введение диэлектрического слоя неэффективно. Если же носители заряда собираются в слабо легированном полупроводнике, то диэлектрический слой должен обеспечить положительный эффект при соответствующем знаке разрыва энергетических зон (в противном случае этот слой не играет никакой роли).
Приведенные выводы свидетельствуют о том, что слой диэлектрика должен отрицательно влиять на характеристики солнечных элементов на основе CuxS-CdS, однако в системах электропроводящий оксид металла — поглощающий слой полупроводника в зависимости от состояния границы раздела диэлектрик может оказывать благоприятное воздействие.
Многие реальные гетеропереходы в действительности представляют собой ПДП-структуры, поскольку в процессе их изготовления образуется промежуточный диэлектрический слой естественного оксида. Для описания характеристик системуITO — Si*, в которой согласно экспериментальным данным присутствует'тонкий промежуточный слой диэлектрика, предложена модель ПДП-структуры [Shewchun е. а., 1978].
С этой целью была обобщена ранее разработанная теория МДП-струк-тур [Green е. а., 1974], что позволило использовать ее для анализа ПДП-структуры, в которой один из полупроводников представляет собой вырожденный широкозонный оксид. Аналогичное рассмотрение [Ghosh е. а., 1978] выполнено для солнечных элементов на основе SnCb-«-Si.
2.7. ОМИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ
Омические контакты являются важным компонентом конструкции солнечных элементов, но их исследованию уделяется еще пока недостаточно внимания. Хотя с точки зрения теории уже достигнуты определенные успехи, процесс изготовления контактов все еще сопряжен с определенными трудностями.Ув 1971 г. Госсик отмечал [Gossick, 1971], что ’’история создания омических контактов все еще напоминает историю первобытного общества, поскольку состоит в основном из недокументированных сообщений, неофициально распространяемых среди экспериментаторов”.
