Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
5.4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Характеристики солнечных элементов на основе гетероструктур GaAs, гомопереходов п* - р —р*-типа в GaAs и структур Au - AlGaAs — GaAs с барьером Шоттки теоретически можно описать довольно точно, в частности, с достаточной точностью предсказать значение /0, основываясь на известных параметрах материалов.
Коэффициенты полезного действия солнечных элементов на основе структур CdS - InP также близки к теоретическим оценкам, однако в них по ряду причин наблюдается туннельный, а не рекомбинационно-генерационный механизм проводимости.
В дополнение к благоприятному соответствию параметров решеток в гетеропереходе CdS-InP необходимы, как показывают эксперименты, термический отжиг (при Т > 5 00° С) или травление непосредственно в ходе нанесения слоев для достижения максимальных и воспроизводимых значений КПД. Это связано с рядом причин. Во-первых, в результате отжига или травления устраняются или перестают быть электрически активными дефекты на межфазной границе. Во-вторых, на границе раздела формируется промежуточное соединение, нейтрализующее реком-214
бинацию на межфазной границе. В-третьих, образуется гетероструктура, эффективно сдвигающая границу р- и-перехода от металлургической границы.
В истории совершенствования гетеропереходных солнечных элементов сыграли основополагающую роль два общих принципа — использование гетерофазной структуры для устранения потерь, связанных с поверхностной рекомбинацией, и требование максимально возможного соответствия параметров кристаллических решеток используемых материалов. В этой связи следует упомянуть случаи, иллюстрирующие нарушение обоих зтих принципов: гомопереходный p+-n-GaAs солнечный элемент с КПД 20% [Fan, Bozler, 1978] (5.2.3) и гетеропереходный ITO-InP солнечный элемент с КПД 14,4% [Sree Harsha е. а., 1977].
Первый пример показывает, что потери на поверхностную рекомбинацию можно снизить, выбирая соответствующую технологию изготовления, в данном случае путем формирования очень тонкого л-слоя (или благодаря полезному влиянию пассивации поверхности n*-GaAs на снижение скорости поверхностной рекомбинации при анодировании)1. Таким образом, другие прямозонные полупроводники могут образовывать высокоэффективные гомопереходные солнечные элементы при подходящем выборе технологии.
В другом случае (солнечного элемента со структурой 1ТО-р-1пР) нарушение указанных принципов, т. е. высокие выходные характеристики, связано с формированием скрытого гомоперехода, однако наше понимание тонкостей механизмов формирования гетерофазных структур еще не достаточно для предсказания возможности образования скрытых гомопереходов и их влияния на прохождение тока. Возникает, например, естественный вопрос, почему на основе аналогичной структуры ITO — р-GaAs не получены хорошие солнечные элементы. Следовательно, к двум указанным принципам следует добавить другие, в частности учитывающие химию процессов, протекающих на микроскопическом уровне.
Глава 6
ТОНКИЕ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ПЛЕНКИ ДЛЯ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
6.1. ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ТОНКИХ ПЛЕНКАХ
Оптические явления в тонких пленках будут рассмотрены очень бегло — в основном с точки зрения их влияния на эффективность фотоэлектрического преобразования энергии пленочными солнечными элементами. Более подробные сведения можно найти в [Heavens, 1965; Clark, 1980].
Примером ряда интересных оптических эффектов в тонких пленках может служить типичная зависимость оптического пропускания пленки
1 С другой стороны, элементы с тонким л+-слоем значительно более сложны в изготовлении, чем гетероструктурные элементы AlGaAs - GaAs.
215
Длина волны, мкм
Рис. 6.1. Оптическое пропускание пленки п-CdS, осажденной на натрий-кальцие-вое стекло методом термического испарения в вакууме. Результаты получены на стандартном спектрофотометре Бексмака ДК-2 с зеркальной оптикой. Пленка на вид прозрачна и не имеет каких-либо дефектов:
I — опорный сигнал, соответствующий прохождению света через воздух; 2 -приемник; 3 — пленка; 4 — стекло
CdS с зеркальной поверхностью отражения на стекле (рис. 6.1). В этом случае коэффициент отражения (около 19%) при hv > Е близок к значению, получаемому по формуле
R = (и,- 1)2/(иг.+ I)2, (6.1)
где пг — показатель преломления. Толщину пленки CdS можно вычислить исходя из разности между длинами волн интерференционных максимумов (или минимумов)1. На спектральной зависимости коэффициента поглощения той же пленки наблюдается менее резкий край поглощения, чем в случае монокристаллов. Связано это с совместным проявлением нескольких эффектов:
во-первых, рассеяния на текстурированной (фасетированной) лицевой поверхности пленки, где изменяются коэффициенты отражения и пропускания; этот эффект усиливается при размерах зерен, соизмеримых сданной волны падающего света [Szczyrbowski, Czapla, 1977];
во-вторых, оптического рассеяния на пустотах и границах зерен внутри пленок [Filinsky, 1972];
в-третьих, несобственного поглощения света, связанного с наличием высокой концентрации дефектов вблизи границ эерен [Bagley е. а., 1979];
