Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
эффективности поглощения, относительно низкого последовательного
сопротивления и отсутствия затенения лицевой поверхности (в этой
конструкции нет коллектирующей гребенки) можно ожидать, что данный
элемент будет иметь к. п. д. выше 20 %.
Солнечные батареи
415
hi)
Оптическая толщина, мкм
6
Рис. 19. Многопереходный солнечный элемент на V-канавках (а) и оптические
пути различных лучей в полупроводнике (б). Средняя эффективная оптическая
толщина полупроводника составляет 250 мкм [24].
На рис. 20, а показан солнечный элемент со спаренными переходами [25], в
котором сочетаются концепции элемента с БТП и текстурированного элемента.
В этом элементе нет тени от металла и облегчаются проблемы межсоединений
благодаря тому, что п+- и р+- контакты создаются на тыловой поверхности.
Прибор работает как биполярный транзистор с изолированным д+-эмиттером на
лицевой поверхности (рис. 20, б). Электроны, генерируемые светом в
эмиттере или в базе, собираются ^-коллектором, подобно тому как это имеет
место в транзисторе. В та-
416
Глава 14
Металлические контакты а
50
% 40
\ч
30
20
зсп
Обычные элементы
_L
100 200 300
Толщина, мкм В
400
Рис.. 20. Поперечное сечение солнечного элемента со спаренными переходами
(ЭСП) (а), структура эквивалентного транзистора (б) и зависимость тока
короткого замыкания от толщины прибора для ЭСП и обычного элемента в
условиях АМО (в) [25].
ком элементе зависимость тока короткого замыкания от толщины прибора
совершенно непохожа на соответствующие зависимости для обычных солнечных
элементов. Для сравнения такие зависимости приведены на рис. 20, в. В
солнечных элементах со спаренными переходами используются гораздо более
тонкие базовые области, и к. п. д. этих элементов также может превышать
20 о/0.
Еще одной новой конструкцией являются солнечные элементы с вертикальными
переходами, в которых поверхности переходов и металлические поверхности
расположены перпендикулярно поверхности элемента [26]. Прибор с
вертикальными переходами
Солнечные батареи
417
Падающий
свет
Рис. 21. Солнечный элемент с вертикальными переходами, имеющий низкое
последовательное сопротивление [26].
схематически представлен на рис. 21. Диффузионные и металлические
контакты расположены в глубоко вытравленных канавках, перпендикулярных
поверхности и созданных благодаря анизотропному травлению поверхности
кремния (110). Расстояние между канавками равно 140 мкм, что составляет
величину того же порядка, что и диффузионная длина неосновных носителей.
В этом случае диффузия с лицевой поверхности не проводится, а доля
затененной поверхности благодаря небольшой ширине канавок (10 мкм) не
превышает 7 %. Контактные полоски к каждому выводу и просветляющее
покрытие на этом рисунке не показаны.
В солнечном элементе с вертикальными переходами ток протекает
непосредственно через диффузионные /?+-области и металлический слой,
расположенные на стенках канавок, и выводится через контактные полоски,
лежащие на боковых поверхностях элемента. Эти полоски соединяют все
элементы параллельно, вследствие чего последовательное сопротивление
прибора оказывается очень малым. На таких элементах в условиях АМ1
экспериментально были получены следующие результаты: Vxx ~ = 0,59 В, Укз
= 33 мА/см2, фактор заполнения FF = 0,80, к. п. д. - 15,6 %.
Многие из названных выше конструкций были предложены специально для
использования в условиях высокой интенсивности излучения. Поэтому их
рабочие характеристики мы обсудим в разд. 14.5.
418
Глава 14
14.4. СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ С ГЕТЕРОПЕРЕХОДАМИ.
ПОВЕРХНОСТНЫЕ И ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ
ЭЛЕМЕНТЫ
14.4.1. Солнечные элементы с гетеропереходами
Гетеропереходы представляют собой переходы, образующиеся при контакте
двух полупроводников с различными энергетическими положениями запрещенной
зоны (гл. 2). Типичная энергетическая диаграмма п-р-гетероперехода,
находящегося в состоянии термодинамического равновесия, показана на рис.
22. Фотоны с энергией, меньшей Egl, но большей Eg2, будут проходить через
слой первого полупроводника, который играет роль оптического окна, и
поглощаться во втором полупроводнике. Носители, генерируемые излучением
внутри обедненного слоя и в электронейтральном объеме полупроводника в
пределах диффузионной длины от перехода, будут коллектироваться переходом
подобно тому, как это имеет место б солнечных элементах с п-р-
гомопереходами. Фотоны с энергией, большей Egl, поглощаются в первом
полупроводнике, и переход будет коллектировать носители, генерируемые
этим излучением на расстоянии от перехода, непревышающем диффузионную
длину, либо непосредственно в области пространственного заряда перехода.
Преимущества солнечных элементов с гетеропереходами перед обычными
солнечными элементами с р-п-переходами состоят в следующем [27]: 1) в
увеличении спектрального отклика в коротковолновом диапазоне при условии,
что энергия Egl достаточно велика и фотоны с высокой энергией поглощаются
