Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
р, Ом-см
тов сильного легирования, а именно:
1) кластеризация примесей обусловливает трехмерную пространственную неоднородность р- и-перехода и облегчает процессы туннелирования по дефектам в обедненном слое [Lindholm е. а., 1975];
2) сужение запрещенной зоны в сильно легированном л-слое из-за появления примесных зон энергий ’’хвостов” плотностей состояний и эффектов механических напряжений [Dunbar, Hauser, 1975,1977];
3) наличие тормозящего поля, обусловленного снижением концентрации носителей с ростом NDj которое повышает эффективную скорость поверхностной рекомбинации [Godlewski е. а., 1975];
4) сужение запрещенной зоны из-за наличия сильных электрических полей, т. е. эффекта, являющегося тепловым аналогом эффекта Франца-Келдыша, и изменение генерационно-рекомбинационного тока через р — и-переход [Rittner, 1977];
5) совместное влияние рекомбинации на поверхности легированного слоя и сужения запрещенной зоны [Fossum е. а., 1979; Shibib, Fossum.
1981].
С учетом этих эффектов были проведены расчеты с помощью ЭВМ [Hauser, Dunbar, 1977], из которых следовало, что можно создать солнечные элементы с КПД от 17,5 до 18% (при условии освещения солнечным излучением со спектром АМО с учетом всей площади элемента включая энергетические потери на сопротивлении Rs из-за наличия кон тактной сетки).
Важность учета эффектов сильного легирования была продемонстри рована на примере солнечного элемента с инверсионным слоем [Blakers Green, 1981], где высокая концентрация носителей заряда в и-слое инду, цируется зарядом в окисле, а не создается путем легирования. Значение Voc в этих элементах достигает 0,678 В. До сих пор существуют противоречивые мнения относительно физических механизмов, ответственных за проявления эффектов сильного легирования [Shibib е. a., 1979;Fossum е. а., 1979; Amantea, 1980; Lanyon, 1981; Redfield, 1980, 1981].
4.6. НОВЫЕ ПУТИ СОЗДАНИЯ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
4.6.1. Многопереходные солнечные элементы с вертикальными переходами
Термин ’’многопереходный солнечный элемент с вертикальными переходами” применялся для обозначения двух различных типов элементов:
1) освещаемого с торца элемента, составленного из стопки отдельных элементов с р — п -структурой; напряжение холостого хода всего элемента равно сумме Voc отдельных элементов;
2) элемента, содержащего единственный р - и-переход с гофрированной поверхностью.
В каждом из них значительная часть оптического пути световых квантов в поглощающем слое параллельна плоскости перехода. Многопереходный солнечный элемент с вертикально расположенными р — п- переходами, составленными ”в стопку”, далее для краткости будут называть составными ВМП-элементами, а вертикальные многопереходные элементы с гофрированной плоскостью перехода — гофрированными ВМП-элементами.
Составные ВМП-злементы созданы с целью повышения напряжения холостого хода Voc при работе с концентраторами солнечного излучения. Конструкция элемента показана на рис. 4.23. Элемент изготавливают из большого числа обычных солнечных элементов со структурой р*-п-п*, в которой обе п- и р-стороны пластины покрыты сплошным контактным слоем. Эти слои облуживают и составляют стопку из 50—100 пластин. Пайку (среднеплавким припоем) осуществляют в печи и затем проводят операции резки по нормали к плоскостям перехода. Изготовление ВМП-элемента завершается полировкой лицевой стороны элемента и нанесением просветляющего покрытия.
Поскольку световые лучи параллельны переходу, возрастает Vq и повышается чувствительность в красной части спектра, а также увеличивается радиационная стойкость. В этом элементе по существу отсутствуют потери, возникающие за счет поглощения света токосъемной сеткой, и лишь ширина паяных соединений вызывает световые потери, составляющие не более 5-7% площади элемента.
Скорость поверхностной рекомбинации на лицевой стороне должна быть небольшой, однако теперь имеется возможность увеличить тол-
Рис. 4.23. Поперечное сечение многопереходного солнечного элемента, составленного из вертикально расположенных р-п-переходов. Типичный
составной элемент содержит от 50 до 100 отдельных элементов
182
150 мкм
I
Траектория светового пуча
X
п-спои
0,5 0,7 0,9 1,1
Длина волны, мкм
Рис. 4.24. Поперечное сечение небольшого участка гофрированного вертикального многопереходного солнечного элемента. Ширина z канавок и выступов варьируется в пределах от 7 до 5 0 мкм
Рис. 4.25. Спектральные зависимости чувствительности обычных (Г) и гофрированных (2) ВМП-элементов, изготовленных по аналогичным технологиям
щину и-слоя и оптимизировать Voc путем соответствующего выбора уровня легирования этого слоя, не задумываясь о поверхностном сопротивлении. Ввиду большого значения Voc (30-60 В), низкой плотности тока и малого контактного сопротивления из-за большой площади соприкосновения элементов между собой составные ВМП-злементы используют в концентраторных системах. Однако, несмотря на это, в 1976 г. значение r?s элементов такой конструкции достигло всего 8% [Goradia and Goradia, 1976], что было обусловлено недостаточной оптимизацией конструктивных параметров1.
