Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
Еще одна проблема — это несоответствие оптических свойств слоев, формирующих гетеропереход, что приводит к дополнительным потерям
* В условиях освещения АМ1 измеренные отношения VocjVd составляют 0,59 (Si), 0,71 (AlGaAs - GaAs), 0,58 (Gu*-CdS), 0,71 (CdS-InP)H 0,50 (CdS-CdTe)
191
Таблица 5.1. Расчетная эффективность некоторых гетеропереходных солнечных элементов
Тип гетероперехода Egj., эВ Eg j эВ Х2.ЭВ Хьэв Ддо/во 1 % , АЕс, эВ й *2 °Л2 < эВ Уф В JL, мА/см2 n^eriv %
Слой вырожденного полупроводника 3,35 * 4
n-ITO - р-InP 1,35 4,5 4,38 ~ 15 -0,12 -0,3 1,43 29 24
л-1ТО-р-1пР Спой вырожденного полупроводника 3,05*4 1,35 4,5 4,38 ~ 15 -0,12 0 1ДЗ 28 18,7
л-ITO - p-CdTe 3,35 1,5 4,5 4,28 25 -0,22 -0,3 1,48 24 21,3
n-ITO - p-CdTe Спой вырожденного полупроводника 3,05 1,5 4,5 4,28 25 -0,22 0 1,18 24 16,4
л-ITO - p-Si 3,35 1,12 4,5 4,01 ~7 -0,49 -0,3 0,83 36 17,6
л-ZnSe - p-Ge 2,67 0,66 4,09 4,13 0,15 + 0,04 0,04 0,51 49 14,8
л-ZnSe - p-Si 2,67 1,12 4,09 4,01 4,3 -0,08 0,05 0,89 33 17,5
л-CdS - p-Zn3P2 2,42 1,4 4,5 3,6 2,26 -0,7 0,05 0,65 22 8,5
л-CdS - p-InP 2,42 1,35 4,5 4,38 0,31 -0,12 0,05 1,08 24 15
n-ZnO - p-Zn3P2 3,3 1,4 4,35 3,6 22*s -0,75 0 0,55 27 8,8
n-CdS - p-CdTe 2,42 1,5 4,5 4,28 10,2 -0,22 0,05 1ДЗ 19 12,8
л-SnO - p-CdTe 3,3 1,5 4,35 4,28 34,0 -0,07 0 1,33 24 18,9
л-SnSe — p-GaAs 2,67 1,43 4,09 4,07 0,23 -0,02 0,05 1,26 24 17,5
n-SnSe-p-Zn3P2 2,67 1,4 4,09 3,6 0,93 -0,49 * 1 Для материалов гексагональной структуры берется значение параметра решетки \/~2а^. *2 5п2=Ес - eF- Eg 2 * 3 ^merit = I ^ J (dT /dE)dE] (0,65 Vrf)ff/Ps, где //= 0,75 и = 82,3 мВ/см. Eg 1 * 4 Изменение ширины запрещенной зоны в 1ТО связано с эффектом Бурштейна. 0,05 0,76 25 11
* Соединение Zn3P2 имеет псевдокубическую решетку с периодом а параметр 2а. = 0,28 нм, при расчетах несоответствия решеток использовался
Рис. 5.1. Спектральная чувствительность двух гетеропереходных солнечных элементов p-CdTe - л-ZnSe, изготовленных методом газотранспортного осаждения в замкнутой системе. Показаны также предполагаемые зонные диаграммы для каждого элемента
ZnTe
в эффективности преобразования из-за оптического отражения. Этот эффект для большинства полупроводниковых соединений мал (не более 1%), однако в слу-
1,3 1,5 1,7 1,3 2,1 2,3 2,5 2,7 2,3 Энергия /ротонов, зв
чае гетеропереходов, в состав которых входят пленки металлических оксидов (ZnO, SnOx), потери на отражение могут достигать 5%. Конечно, эти потери можно устранить путем включения слоя ’’окна” в состав многослойного просветляющего покрытия или создания тек-стурированных границ раздела.
В широкозонных материалах, в особенности в созданных на основе соединений А2В6, наблюдается тенденция к самокомпенсации, что затрудняет получение низкоомного материала. В основном это касается тонких поликристаллических пленок, в которых эффект самокомпенсации наиболее сильно проявляется в областях разупорядочения, в частности на границах зерен. Например, трудно изготовить пленки «-ZnxCd!_xS с х > 20% (Eg > 2,65 эВ), в которых р < 1 Ом-см [Feigelsen е. а., 1977; Chynoweth, Bube, 1980].
Как было отмечено в гл. 2, поверхности большинства полупроводников имеют потенциал, отличающийся от потенциала в объеме. Электронные свойства поверхности ковалентных полупроводников определяются поверхностными состояниями, что обусловливает эффект фиксации уровня Ферми на поверхности. В ряде материалов сильное влияние поверхностных состояний приводит даже к перемене типа проводимости поверхности. Например, атомарно-чистая поверхность р-InP после воздействия кислорода даже при невысоких температурах [Weider, 1979] или после очистки с помощью ионов Ar [Tsai е. а., 1980] приобретает «-тип проводимости. В результате соприкосновения ”чистой” поверхности полупроводника (образовавшейся после скола) с воздухом очень быстро образуется тонкая пленка оксида (в случае GaAs или InP при комнатной температуре оксидная пленка толщиной около 15 нм формируется в течение нескольких секунд), что также влияет на свойства перехода (иногда даже полезным образом).
Учет влияния поверхностных состояний крайне важен при изготовлении гетероструктур и обусловил появление метода травления структур без выноса на воздух, что необходимо для получения воспроизводимых результатов в случае гетеропереходных солнечных элементов на основе CdS —InP, и способа стравливания части поверхности непосредственно
193
при получении гетероперехода, иногда применяемого при изготовлении гетеропереходных солнечных элементов AlGaAs - GaAs.
Как было указано в гл. 2 (см. также [Fahrenbrach, Aranovich, 1979]), зонная диаграмма и перенос заряда на границе раздела гетеропереходов значительно более сложны, чем это следует из рассмотрения пить различия электронного сродства по обе стороны от перехода. Несмотря на фундаментальный характер этого различия, оно играет второстепенную роль в транспортных свойствах перехода.
На самом деле свойства гетероперехода определяются другими причинами: локальным фиксированием уровня Ферми на границе раздела (обусловленным химической активностью компонентов гетероструктуры, заряженными пограничными состояниями и диполями); дефектной структурой вблизи границы раздела и преимущественной сегрегацией атомов легирующей примеси и других примесных атомов; наличием промежуточных изолирующих слоев, образованных при изготовлении гетероперехода, которые могут содержать захваченный заряд и выполнять роль буферных слоев в компенсации несоответствия параметров решеток материалов, входящих в состав гетероструктур.
