Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
Из формулы (48) видно, что в солнечных элементах на МДП-структурах Vxx
растет с увеличением б. В то же время при увеличении толщины диэлектрика
б уменьшается ток короткого замыкания, что может приводить к уменьшению
эффективности преобразования.. Показано [36], что оптимальная толщина
диэлектрика в системе металл - SiC>2-Si составляет ~20А.
В рассмотренных выше солнечных элементах на МДП-структурах вся
поверхность элемента покрыта очень тонким слоем металла. На рис. 29
показана новая конструкция элемента [37 ], в которой используется
гребенка в виде МДП-структуры с толстым металлом. Между отдельными
полосками полупроводник покрыт прозрачным диэлектрическим слоем. Слой
Si02 толщиной 1000 А служит одновременно и прозрачным диэлектрическим
слоем, и просветляющим покрытием. Эта конструкция отличается от
гетероперехода ITO-Si, поскольку Si02 - диэлектрик и весь ток протекает
через зубцы гребенчатой туннельной МДП-структуры. Если в окисле имеется
положительный встроенный заряд, то вблизи поверхности полупроводника
будет образовываться помимо обедненного слоя также и инверсионный слой.
Генерируемые светом неосновные носители (электроны в случае подложки р-
типа) будут коллектироваться из обедненного
Js = А** Т2 ехр (-в/kT) exp [- (qyт)1/2 б]
(47)
V
XX
nkT
_
Go 100ОА L." .
г
Инверсионный
с/юй^
Обедненный
слой
7'
250 мам г
Кремний
__________________1'
Рис. 29. Поперечное сечение солнечного элемента с гребенчатой МДП-струк-
турой [37].
428
Глава 14
и инверсионного слоев с помощью гребенчатой туннельной МДП-структуры со
слоем Si02 толщиной 20--30 А. Кроме того, инверсионный слой будет
экранировать центры поверхностной рекомбинации. На таких структурах в
условиях АМ1 к. п. д. достигает 18 % [49, 50]. Поскольку при создании
таких структур не надо проводить диффузию, а выращивание окисла возможно
и при низких температурах, предполагается, что именно такие структуры,
изготавливаемые на поликристаллических и аморфных подложках, окажутся
экономически наиболее выгодными источниками энергии.
14.4.3. Тонкопленочные солнечные элементы
В тонкопленочных солнечных элементах активными полупроводниковыми слоями
являются поликристаллические или неупорядоченные пленки, которые
наносятся или выращиваются на электрически активных или пассивных
подложках (таких, как стекло, пластмасса, керамика, металл, графит или
металлургический кремний). Тонкие пленки CdS, Si, GaAs, InP, CdTe и т. д.
наносятся на подложку с помощью различных методов, таких, как газовая
эпитаксия, плазменное распыление и осаждение. Если толщина слоя
полупроводника превышает обратный коэффициент поглощения, большая часть
света будет поглощаться в полупроводнике; если диффузионная длина
превышает толщину пленки, большая часть генерируемых светом носителей
может быть коллектирована.
Основное достоинство тонкопленочных солнечных элементов заключается в
том, что их стоимость может быть низкой, поскольку технология их
изготовления дешевая и при этом используются сравнительно дешевые
материалы. К основным недостаткам относятся низкий к. п. д. и постепенная
деградация характеристик. Низкий к. п. д. обусловлен частично влиянием
границ зерен, а частично низким качеством полупроводникового материала,
выращиваемого на различных подложках. Проблема деградации связана с
химическими реакциями, протекающими между полупроводником и окружающей
атмосферой (кислородом, парами воды).
Тонкопленочный солнечный элемент на CdS схематически показан на рис. 30.
Элементы создаются с использованием подложек, покрытых электролитически
осажденной медью, поверх которой наносится слой цинка толщиной 0,5 мкм.
На подложку, подогретую до 220 °С, осаждается слой CdS толщиной 20 мкм.
Реакция между пленкой CdS и ионами меди приводит к образованию слоя Cu2S
толщиной 1000 А. Поверх слоя наносятся прозрачная контактная гребенка и
слой просветляющего покрытия. На рис. 31 показана энергетическая
диаграмма элемента Cu2S-
Солнечные батареи
429
_ Герметизирующее и про~ сдет/1ямщ,ее покрытие Гоеденка
Cu2S 0,1 ~ 0,3мкм CdS 8 20 мкм
Омический контакт Подложка
Рис. 30, Тонкопленочный солнечный элемент на CdS [38].
CdS [39]. По существу этот элемент представляет собой гетеропереход с
большой плотностью ловушек на границе раздела. При освещении с лицевой
стороны излучение поглощается в основном в Cu2S. Спектральный отклик и
фототок ограничиваются высокой скоростью поверхностной рекомбинации,
малой диффузионной длиной и интенсивной рекомбинацией на границе раздела.
Несмотря на это, к. п. д. такого элемента близок к 10 % [38]. Кроме того,
здесь возможен дальнейший прогресс: ожидается, что при замене от 15 до 25
% цинка кадмием вырастет выходное напряжение и к. п. д. окажется выше 14
%.
Основой другого тонкопленочного элемента служит гетеропереход
CuInSe2/CdS. Его зонная диаграмма показана на рис. 32 (вставка). Ток
короткого замыкания и к. п. д. зависят от размера зерен. При увеличении
