Читальный зал -->  Солнечные элементы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 [ 57 ] 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91

использование в качестве легирующих примесей Ga или А1 для создания материала р-типа проводимости [Rahilly е. а., 1976] снижает эффект фотоиндуцированных изменений в дефектных комплексах. Аналогичный эффект недавно наблюдали в кремниевых солнечных элементах наземного применения [Weizer е. а., 1978].

Как правило, частицы высоких энергий сильно влияют на и в особенности на фотоотклик в красной области спектра, поскольку эти частицы глубоко проникают в солнечный элемент. Частицы низких энер гий, вызывающие нарушения преимущественно во фронтальных слоях элемента, более сильно снижают Vgc и спектральную чувствительность в голубой части спектра. Для защиты солнечного элемента от интенсивного потока частиц низкой энергии обычно применяют поглощающие этот поток защитные покрьггия из стекла, плавленого кварца, сапфира или некоторых сортов тефлона толщиной около 0,15 мм. Без них солнечные элементы вьшши бы из строя через несколько недель.

В 1966 г. для повышения радиационной стойкости бьшо предложено легировать р-и-элементы литием [Вегтап, 1972]. Атомы Li имеют очень высокую подвижность, при температурах Т > 20-г50°С дрейфуют в область радиационных нарушений и нейтрализуют электрическую активность радиационных дефектов. С ростом концентрации кислорода его роль в этих процессах возрастает, приводя, с одной стороны, к увеличению времени восстановления до бездефектной структуры, а с другой -к более эффективному залечиванию дефектов и большей стабильности, чем при низких концентрациях. Добавка Li слегка уменьшает исходное значение КПД, но резко увеличивает Ф. До сих пор нет детального объяснения механизма залечивания дефектов в присутствии Li, причем параметры процесса связывают с концентрационными градиентами атомов Li [Faith, 1972] и разностью между концентрацией атомов в обьеме материала и концентрацией дефектов. Бьши изготовлены солнечные элементы, легированные литием, с КПД до 12,8%.

Дрейфовые поля (см. 4.5.2) немного улучшают радиационную стойкость элементов, однако это достигается за счет снижения исходного КПД.

Радиационная стойкость солнечных злементов, изготовленных из пря-мозонных полупроводников, таких, как GaAs или СиЗ (выращиваемых на поверхности слоя CdS), намного выше, чем у кремниевых элементов, из-за значительно меньшей длины поглощения фотонов в этих материалах . Повреждения на глубине около 6 мкм от поверхности в случае CaAs или около 2 мкм в элементе на основе гетероструктуры CuS - CdS фактически не влияют на КПД.

Естественно, что в случае злементов на основе прямозонных полупроводников становится более критичной защита от протонной бомбардировки с помощью покровных стекол. Значение Ф, в фотоэлементах со структурой Cu;cS -CdS приблизительно в 100 раз больше, чем в кремниевых элементах [Van Aerschodt е. а., 1871]. К сожалению, эффектив-

Еще более важную роль в высокой радиационной стойкости этих материалов играет малое исходное значение диффузионной длины неосновных носителей в них.-Прим. ред.

ность солнечных элементов на основе C%S-CdS никогда не достишлл уровня, необходимого для их практического использования в космос i-Несмотря на высокую эффективность преобразования солнечной эпгр гии элементами на основе GaAs, к моменту написания книги извссиш

лишь об их использовании на двух советских спутниках и о серии ис.....

таний, проведенных с этими элементами.

4,5.2. Увеличение КПД с помощью электрических полей

В 4.5.1 указано на возможность эффективного увеличения диффугиоп ной длины Lgff неосновных носителей заряда в объеме полупроводники с помощью электрического поля, причем Lff - Lo ((e/fc) + О, где t,. = kTI{qLo) и Lo - диффузионная длина в отсутствие электрическою поля. Этот эффект бьш использован для повышения КПД кремниевы ! солнечных элементов тремя различными способами: созданием тянущий полей для увеличения Lgff в области базового слоя; полей вблизи тыль ной стороны элемента для отражения неосновных носителей от нее и тем самым для снижения эффективной скорости поверхностной рекомбиий ции 5 на этой поверхности; полей вблизи фронтальной стороны элемента для ускорения носителей, фотогенерированных в лицевом слое, в напрв лении к р-и-переходу, уменьшения эффективной скорости поверхнос1 ной рекомбинации на фронтальной поверхности и снижения рекомбинации в объеме тонкого лицевого слоя.

Разумно использовать тянущие поля в случае элементов, изготовлен ных из материалов с малой диффузионной длиной L, например из деш? вого кремния или поликристаллических, а также в радиационно стойких элементах. Тянущие поля появляются при наличии градиентов концен трации легирующей примеси, например в случае р-базы при наличии градиента концентрации акцепторов (х),

qe = dEc/dx=dEy/dx= (kT/N){dN/dx). (4.9)

При обычной аппроксимации профиля легирования экспоненциальной зависимостью электрическое поле постоянно. Выбор оптимального тяиу щего поля определяется компромиссом между снижением Vgg и увеличением с ростом L. При создании встроенного поля за счет неоднородного легирования концентрация примеси вблизи р-я-перехода становится меньше, чем при его отсутствии в оптимизированном солнечном элементе. Вследствие этого увеличивается Jo и уменьшается Ус.

На основе расчетов, выполненных с помощью ЭВМ, показано, что дня повьипеиия КПД элемента наиболее эффективно тянущее поле в базовой области толщиной 10-30 мкм, примыкающей к р-я-переходу [Van Overstraeten, Nayts, 1969]. Как показало моделирование с помощью ЭВМ, в подобных элементах, изготовленных из кремния с большими временами жизни неосновных носителей заряда, тянущие поля лишь незначительно увеличивают КПД, однако при этом резко иозрастает радиш. ционная стойкость [Вагаопа, Brandhorst, 1976].

В случае дрейфовых фотоэлементов не только затруднен теоретический анализ, поскольку м, т и е зависят от координаты, но и для их изго-

12 -Зак. 609

товления необходимо преодолеть значительные технологические трудности. Наиболее успешный путь изготовления дрейфовых элементов - эпитаксиальное выращивание слоев Si, при котором варьирование можно осуществлять в процессе роста.

Значение полей вблизи тыльной стороны солнечного элемента возрастает в связи с уменьшением толщины поглощающих слоев. Эти поля действуют как зеркало на фотогенерированные носители, эффективно снижая скорость поверхностной рекомбинации S на тыльной поверхности приблизительно в N/N раз (при jf* < L*), где - концентрация легирующей примеси в базовой области; NJ, у* и L* - концентрация легирующей примеси, толщина и диффузионная длина неосновных носителей р-слоя. Кроме того, поле у тыльной стороны элемента ограничивает инжекцию носителей в прямосмещенном р - -переходе, в особенности при Ур/Lp \,5 (ур и Lp - толщина и диффузионная длина базовой области), тем самым увеличивая /о в N/N раз и существенно повышая Vor в тонкобазовых элементах. Более точное выражение для эффективной скорости поверхностной рекомбинации Sff имеет вид

(S*L*lD*) cos h (y*lL*) + sin h (y*lL*) (S*L*lD*) %mh{y*IL*) + COs Л (у*Ц*) \

(4.10)

где S* - скорость поверхностной рекомбинации; D* - коэффициент диффузии вр-слое [можно сравнить с (2.15)].

При относительно толстых р*-слоях конфигурацию вблизи тьи1ьной стороны назьшают иногда изотипным переходом. При малых толщинах базового слоя солнечный элемент работает как р*- -переход с большим напряжением холостого хода Vqc- Если вьшолняется соотношение Ур/Lp > 2, параметры фотоэлемента соответствуют бесконечным толщинам и влияние поля вблизи тыльной поверхности не сказывается даже при 5 оо.

Создание поля вблизи тыльной стороны можно рассматривать как путь повьпиения Vc до значения, характерного для элемента с высоким вблизи р- -перехода, без снижения для материалов с низким значением . Теории солнечных элементов с полем вблизи тыльной стороны посвящено несколько работ [Von Roose, 1978; Possum е. а., 1980] *.

В реальных солнечных элементах с тыльным изотипным переходом наблюдали возрастание фотоотклика в красном диапазоне спектра и увеличение радиационной стойкости вследствие уменьшения толщины слоев Si, а также повышение Voc на 20-80 мэВ [Mandelkorn, Lamneck, 1972]. При изготовлении солнечных элементов с таким переходом применен упрощенный метод, так называемый способ диффузии через сплав, в соответствии с которым сначала проводят двустороннюю диффузию пластин р - Si, а затем осуществляют диффузию пленки А1, осажденной термическим испарением в вьюоком вакууме на тыльную сторону пластины, через тыльный -слой до формирования р*-слоя толщиной 1 мкм.

* Исследования советских авторов по теории и разработке подобных элементов, выполненные раньше приводимых зарубежных работ, указаны в дополнительном списке литературы. ~ Прим. ред. 178

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 [ 57 ] 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.