Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
Однако для кристаллов, выращенных таким методом, характерна более высокая плотность дислокаций, обусловленная резкими температурными перепадами и компромиссными решениями, касающимися температурных профилей при высокочастотном нагреве. Указанные различия между кристаллами, выращенными двумя методами, необходимо учитывать при рассмотрении радиационной стойкости солнечных элементов
(4.5.1).
Исходным материалом для зонной плавки является поликристалличе-ский слиток. Оба его конца и конец монокристаллической затравки с желаемой кристаллографической ориентировкой локально нагревают и затем соединяют способом, напоминающим выращивание кристалла методом Чохральского. Зону нагрева (она, как правило, равна 2 см) обычно перемещают вертикально вверх. Конусообразный переход от маленького затравочного кристалла к кристаллу большого диаметра создают за счет разности в скоростях движения верхнего зажима, удерживающего поли-кристаллический слиток, и нижнего, удерживающего затравку. Обычно выращивают кристаллы от 50 до 100 см и диаметром до 7,5 см, однако получены кристаллы диаметром и до 10 см. Скорость выращивания кристаллов зонной плавкой немного превышает скорость выращивания кристаллов по методу Чохральского. Сравнительный анализ обоих методов выполнен Матлоком [Matlock, 1979].
4.2.5. Другие методы выращивания
Высокая стоимость операций резки слитков на пластины и их полировки стимулировала развитие методов выращивания кремния непосредственно в виде тонких лент, среди которых EFG-способ получения профилированных кристаллов, способ с пленочной подпиткой при краевом ограничении роста, а также выращивание междендритных лент.'
Первый из них, по-видимому, впервые примененный для выращивания кремния Цижеком [Ciszek, 1972; Ciszek, Schwuttke, 1975] ’", в течение ряда лет используется для промышленного выращивания труб из сапфира, лент и материалов цилиндрической формы. Применительно к вы-
* Аналогичен выращиванию лент по способу Степанова, однако в способе Степанова формообразователь не смачивается кремнием.
157
Рис. 4.7. Упрощенная схема выращивания кремниевой ленты EFG-способом: 1 - кремниевая лента; 2 — формооб-разоваггель; 3 — жидкий кремний
ращиванию кремния он интенсивно развивается Лабеллем и Млав-ским [Labelle, Mlavsky, 1971] и Рави с сотрудниками [Ravi е. а.,
1975].
В соответствии с EFG-способом графитовый формообразователь с щелевидным отверстием частично погружают в тигель с расплавленным кремнием. Жидкий кремний смачивает формообразователь и, протекая через щель, подпитывает твердофазную зону выращиваемой ленты, как это показано на рис. 4.7. Форма ленты определяется формой верхней поверхности формообразователя, поверхностным натяжением, температурными градиентами и скоростью вытягивания самой ленты.
По сообщениям, опубликованным в 1980 г., скорости вытягивания лент толщиной 0,05 и шириной до 5 см достигали 5 см/мин [Kalejs, 1980]. Гибкость лент позволяет скручивать их в рулон большого диаметра; за один технологический цикл выращивали ленты длиной до 20 м. Лента не требует применения операции полировки. По оценке Млавского, возможная цена ленты - не менее 1 долл. за 0,002 см“2.
Ленты, выращенные EFG-способом, имеют достаточно высокую плотность дислокаций и двойников. Поскольку графит немного растворяется в жидком кремнии, эрозия материала формообразователя и включения SiC представляют при этом наиболее сложную проблему. Некоторый успех был достигнут при использовании формообразователя, выполненного из Si02 [Jewett, 1978]. В солнечных элементах с диффузионным р- «-переходом, изготовленных из кремниевой лента, в 1977 г. был получен КПД 10,6% (в условиях освещения АМ1); с усовершенствованием технологии изготовления солнечных элементов ожидают получения еще более высоких КПД. Этот способ нашел интересное применение для выращивания пустотельных трубчатых солнечных элементов. Возможность пропускания потока охладителя непосредственно через солнечный элемент позволяет эффективно использовать их в концентраторных системах [Mlavsky е. а., 1976].
Выращивание дендритных лент было доведено фирмой Westinghouse в 1966—1967 гг. до опытного производства; солнечные элементы на основе таких лент имели КПД щ — 10%, однако малый спрос в те годы привел к сворачиванию их производства [Riel, 1973]. В связи с расширением наземного применения солнечных элементов вновь возобновился интерес к методам выращивания дендритных лент, в том числе и фирмой Westinghouse в 1977—1978 гг. [Seidenstricker е. а., 1978].
В этом случае два параллельных дендрита формируют границы пластины или ленты, вытаскиваемых иэ переохлажденного расплава. Одна или несколько двойниковых плоскостей, параллельных плоскости ленты 158
и проходящих через ее центр, стабилизируют рост [Dermatis е. а., 1965], при этом не требуется никакого формообразователя. При ширине ленты 4 см были получены скорости роста около 10 см/мин и соответствующие скорости выхода продукции около 27 см2/с [Duncan е. а., 1980].
При выращивании дендритных лент необходим тщательный контроль температуры. По качеству они близки к совершенным материалам, выращенным методом Чохральского, а присутствие двойниковых плоскостей, как оказалось, не влияет на КПД солнечных элементов [Seidensticker е. а., 1975; Davis е. а., 1976]. Были изготовлены солнечные элементы с КПД rjj — 15,5% при условии освещения AMI [Duncan е. а., 1980].
