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

1,5 1,7 1,3 2,1 2,3 2,5 2,7 2,3 Энергия (ротонов, эВ

Рис. 5.1. Спектральная чувствительность двух гетеропереходных солнечных элементов p-CdTe - n-ZnSe, изготовленных методом газотранспортного осаждения в замкнутой системе. Показаны также предполагаемые зонные диаграммы для каждого элемента

В эффективности преобразования из-за оптического отражетия. Этот эффект для большинства полупроводниковых соединений мал (не более 1%), однако в случае гетеропереходов, в состав которых входят пленки металлических оксидов (ZnO, SnOjc), потери на отражение могут достигать 5%. Конечно, эти потери можно устранить путем включения слоя окна в состав многослойного просветляющего покрьггия или создания тек-стурированных границ раздела.

В широкозонных материалах, в особенности в созданных на основе соединений АВ*, наблюдается тенденция к самокомпенсации, что затрудняет получение низкоомного материала. В основном зто касается тонких поликристаллических пленок, в которых эффект самокомпенсации наиболее сильно проявляется в областях разупорядочения, в частности на границах зерен. Например, трудно изготовить пленки -ZnxCdi xS с X > 20% {Eg > 2,65 эВ), в которых р < 1 Ом-см [Feigelsen е. а., 1977; Chynoweth, Bube, 1980].

Как бьшо отмечено в гл. 2, поверхности большинства полупроводников имеют потенциал, отличающийся от потенциала в обьеме. 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-1пР после воздействия кислорода даже при невысоких температурах [Welder, 1979] или после очистки с помощью ионов Аг [Tsai е. а., 1980] приобретает и-тип проводимости. В результате соприкосновения чистой поверхности полупроводника (образовавшейся после скола) с воздухом очень бьютро образуется тонкая пленка оксида (в случае GaAs или In? при комнатной температуре оксидная гшенка 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 вьшоса на воздух, что необходимо для получения воспроизводимых результатов в случае гетеропереходных солнечных злементов на основе CdS-InP, и способа стравливания части поверхности непосредственно

13 -Зак. 609 193

при получении гетероперехода, иногда применяемого при изготовлении гетеропереходных солнечных элементов AlGaAs - GaAs.

Как было указано в гл. 2 (см. также [Fahrenbruch, Aranovich, 1979]), зонная диаграмма и перенос заряда на границе раздела гетеропереходов значительно более сложны, чем зто следует из рассмотрения лишь 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.

5.2. сюлнечные элементы на основе

структур аюаа5-оаа8 с гетегофазной границей раздела

Ширина запрещенной зоны GaAs (1,43 эВ) близка к значению, оптимальному для целей фотоэлектрического преобразования солнечной знергии; в условиях солнечного освещения AMI теоретический предел КПД составляет 26-29%. Высокая подвижность носителей заряда в GaAs, позволяющая изготовлять из него высокочастотные устройства, более оптимальная, чем в Si, ширина запрещенной зоны и простота изготовления тройных соединений с малым несоответствием параметров решеток выдвигают GaAs на роль основного конкурента Si среди наиболее изученных полупроводниковых материалов.

Арсенид галлия - прямозонный полупроводник с болыпим коэффициентом оптического поглощения; при спектральном составе падающего солнечного излучения, соответствующего условиям AMI, на глубине около 2 мкм поглощается 97% всех фотонов. Почти полное совпадение параметров кристаллических решеток н отсутствие рекомбинационных центров иа межфазной границе в изотипном переходе AlGaAs-GaAs бьши успешно использованы для устранения поте1%, связанных с рекомбинацией носителей на лицевой поверхности в солнечных элементах с гетерофазной границей раздела, и получения в 1983 г. наивысшего КПД среди всех известных типов солнечных элементов.

Высокая стоимость исходного материала и технологии изготовления солнечных элементов обусловили строгую ориентацию производства солнечных элементов на основе GaAs для концентраторных систем и космического использования.

5.2.1. Свойства материалов GaAs и AIGaAs

Несмотря на большое содержание Ga в земной коре (18-10 %;.для сравнения - содержание Си в земной коре 64-10 *%), промьшшенный выпуск чистого галлия невысок по современным меркам. Стоимосп небольшой партии высокочистого галлия в 1980 г. достигала около 3000 долл. за 1 кг. Однако присутствие Ga в газообразных продуктах сгорания угля позволяет с некоторой гарантией надеяться на появление нового значительного источника Ga после создания соответствующих средств регенерации. Хотя мьппьяк также широко распространен в земной коре и легко добываем, химическая технология очистки и дороговизна выпуска малых партий чистого материала в настоящее время таковы, что стоимость полупроводниково-чистого мышьяка также высока (500 долл. за 1 кг).

Арсенид галлия сильно поглощает в видимой области спектра и относится к кубической сингонии со структурным типом цинковой обманки.

Свойства GaAs и AlAs при 300 К*

GaAs AlAs

Структура..................................Цинковая Цинковая

обманка обманка

Температура плавления, ° С.................... 1238 1740

Плотность, г/см*....................5,316 3,73

Коэффициент теплового расширения, 10 °С .. 5,9 5,2

Постоянная решетки, нм...................... 0,565 0,566

Электронные свойства

п: (297 К),10*см-*......................... 1.8

JVc,10cM-**2.............................4,27

iVy,10 cM-**............................. 8,19

ХэВ....................................... 4,07 *=3,5

Eg: прямые переходы, эВ..................... 1,424* 3,018

непрямые переходыуЭВ...................ff~ 1,708 2,3

ieg = 1,900 2,168

; СЛ1,= 10 см *),см*/(В-с)................ 4000 280

Hp{N = Ю см-*),см*/(В-с)............... 250

Т : типичное значение, с....................... 10

максимальное значение, с................... 6-10

Тр: типичное знаяение, с....................... 3-10

максималыюе значение.................... 8-10

L : тишпвое значение, мкм...................4-8

максимальное значение, мкм..............23

Lp: пшичное значение, мкм...................4

максимальное значение, мкм...............5-6

* Значительно более пюдробвые сведення об основных электронных св(Я1ствах сплавов и переходов иа основе GaAs и AIGaAs можно найти в книге KdicB и Паннша [Casey, Pam h,1978al.

Casey, Panish, 1978a. . ,

*3 Eg(T) = 1,519 - 5,405-lOr/(204 + T) [Thurmond C. D., J. Elettochem. Soc, 1975, vol. 122).

Хотя времена жизни неравновесных носителей заряда в GaAs крайне малы (около 10 * с), - свойство,присущее прямозонным материалам,-,3. 195

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.