Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
Поскольку в используемом спектральном диапазоне (от 0,35 до 1,1 мкм) коэффициент отражения чистого кремния принимает значение 33—54% [Runyan, 1965], на его поверхность необходимо наносить просветляющие покрытия. Оптимальное однослойное покрытие снижает коэффициент отражения в этом интервале примерно до 10, а двухслойное — до 3%. В качестве просветляющих покрытий используют слои SiO, SiO, Si3N4, Al20, ТЮ2 и Ta205, причем последний из них особенно эффективен для солнечных элементов с расширенной областью спектральной чувствительности ввиду его высокого пропускания в УФ-диапазоне.
Об использовании текстурированной поверхности для снижения отражения будет рассказано в 4.4.4. Нанесением просветляющего покрытия заканчивается изготовление солнечного элемента, причем оно служит также для пассивации поверхности и защиты ее от коррозии под воздействием атмосферы. Солнечные элементы, используемые в космосе, дополнительно покрывают стеклом для защиты от протонов низких энергий.
168
4.4.2. Этапы изготовления
Ниже приводится технологическая цепочка изготовления солнечного элемента:
1) контроль качества кремниевого слитка (диаметр слитка может превышать 15 см, а длина — более полуметра);
2) разделение на пластины [толщина их обычно 0,5, а потери на пропил при резке составляют 0,2 мм; с помощью пилы образуются дефекты, которые удаляют затем путем полировки и (или) травления поверхности] ;
3) обезжиривание и очистка;
4) механическая полировка (вместо этого, как правило, используют химическую полировку на большую глубину);
5) травление (например, полирующее при 110°С в 40%-ном растворе NaOH + Н20, затем можно использовать травитель, создающий тексту-рированную поверхность);
6) окончательная очистка (чередование очистки в растворах НС1 — Н2 О и HF и промывки);
7) проведение двусторонней диффузии фосфора (из смеси газов РН3 + + Аг + 02 при 865 ° С в течение 15 мин);
8) удаление стеклообразного слоя диффузанта путем травления в HF;
9) осаждение А1 толщиной 50 нм на тыльную поверхность методом испарения в вакууме;
10) проведение диффузии А1 (для создания р+-слоя) при 800° С в течение 15 мин (через и-слой на тыльной поверхности);
¦11) маскирование для создания рисунка токосъемной сетки (с помощью фотолитографии или теневой маски);
12) осаждение Ti, Pd и Ag на лицевую и тыльную поверхности;
13) удаление маски;
14) заключительный отжиг контактов примерно при 550° С в течение 10 мин;
15) погружение в припой;
16) осаждение просветляющего покрытия (например, Та205) и последующее впекание при 450°С в течение 1 мин;
17) резка на прямоугольники и обработка торцов (удаление диффузионных закороток по торцам);
18) контроль качества и отправка на изготовление солнечных батарей.
Описанная схема технологического процесса в значительной мере упрощена, в нее не вошли многочисленные этапы очистки и контроля параметров, необходимые при производстве элементов. В ряде случаев1 для изготовления сетчатого токосъема применяется способ трафаретной печати с помощью пасты из серебра, включающий последующую термообработку.
1 Например, при промышленном изготовлении дешевых солнечных элементов наземного применения [Bicldcr е. а., 1978].
169
4.4.3. Электрические параметры
Электрические параметры двух типов кремниевых солнечных элементов приведены в табл. 4.2. Из нее видно, что в ’’фиолетовом” элементе имеются значительные потенциальные возможности для повышения Jsc. В этом можно убедиться, обратившись к рис. 4.16, на котором представлены расчетные спектральные зависимости внутренних коэффициентов собирания фотогенерированных носителей заряда р- и и-областей и обедненного слоя солнечного элемента с пренебрежимо малыми потерями на лицевой поверхности. Для сравнения на рис. 4.17 приведены экспериментальные значения коэффициента собирания.
Таблица 4.2. Электрические параметры кремниевых солнечных элементе
Тип солнечного Voc, Jsc, FF T}s (AMO) *', J0 T)s Jsc (AMI),
элемента В А/см *1 % А/см (AMI), А/см2
%
Фиолетовый*2 0,595 40 0,78 14 10-12 17
Текстурирован- 0,591 46 0,77 15,3 6-10-12 18 34
ный элемент*3
С полученными 0,69 47 0,84 18,5-19,0 - - -
на практике предельными параметрами * 4
С практически 0,79 48 0,86 22,0 24-10-15 25 -
достижимыми
предельными
теоретическими
параметрами * 5
С теоретически 0,85 54 0,87 29,0 2 -10“16 - -
предельными параметрами * 6
*1 Расчет rjs выполнен на общую площадь элементов, диодный коэффициент А при большом смещении вблизи Voc ка 1. Данные приведены для измерений в условиях AM0, если не сделано особых оговорок.
*2 Lindmayer J., Allison J. F.// COMSAT Tech. Rev., 1973, vol. 3. Перепечатано в Backus С. E. e. a., Solar Cells. New York: IEEE Press, 1976.
* 3 Aindt R. А.// Ргос. 11th IEEE Photovoltaic Specialists Conf., 1975.
*4 Hauser J. R., Dunbar P. M.// IEEE Trans, on Electron Devices, 1975, vol. 24. Cm. также Wolf M.// IEEE Trans, on Electron. Devices, 1980, vol. 27.
*5 Wolf M. Energy Convers, 1971, vol. 11. Перепечатано в Backus С. E. ed. Solar Cells. New York: IEEE Press, 1976. Без учета потерь на затенение контактной сеткой, считая, что коэффициент собирания IJq = 0,88, потери на отражение - 3, иа последовательное сопротивление Rs - 3%.
