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

Неоптимизированный солнечный элемент Au-n-AlGaAt и (iiAi имрм ос - 0.88 В и т} = 10,5% (имитатор AMI, без просветления, юмишм шии AIGaAs 30 нм) [Yang е. а., 1980]. Более полное рассмотрони yiцмйнш содержащих двухслойную гетероструктуру с барьером Шоттки, цн1р явни в [Lee, Pearson, 1980].

5.3. СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ОСНОВЕ 1пР

Структура CdS-InP является примером истинного rereponopxu/w, в котором совпадение периодов кристаллических рещеток и чисто г ijw ницы раздела играют важную роль в прохождении через него тока. Hui сокозффективные солнечные элементы на основе этой структуры полу чали методами испарения в вакууме, химического осаждения из паровой фазы и газотранспортной реакщш в замкнутом обьеме.

Фосфид индия - прямоэонный полупроводник с щириной запрещенной зоны 1,34 эВ, близкой к оптимальной для фотоэлектрического преобразования солнечной энергии. Как во всех гомопереходах на основе прямозонных полупроводников, эффективность элементов на основе гомоперехода в InP ограничена потерями, обусловленными рекомбинацией на освещаемой поверхности [Galavnov е. а., 1967]. Тем не менее потенциальные возможности InP можно реализовать в конструкциях злементов с гетеропереходами.

Индий - сравнительно дорогой металл (по данным 1980 г. стоимость небольших партий In составляет 2000 долл. за 1 кг), в земной коре содержится 0,14-10 % этого металла (содержание меди 64-10 %). Фосфор, несмотря на распространенность и дешевюну в неочищенном виде, стоит после очистки дорого (при продаже небольшими партиями стоимость полупроводниково-чистого фосфора - 4000 долл. за 1 кг). Кристаллы InP выращивают методом Чохральского, причем во избежание нарушения стехиометрии над расплавом поддерживают высокое давление или покрывают его жидким защигньил составом.

Исследования гетеропереходов до 1974 г. не проводили, возможно, ввиду отсутствия высокосовершенных монокристаллов InP р-типа проводимости. В первом солнечном элементе на основе гетероструктуры n-CdS-p-InP бьш получен КПД 12,5% [Wagner е. а., 1975]. Выбор сульфида кадмия для создания этого гетероперехода не случаен: постоянная решетки фосфида индия, имеющего структуру цинковой обманки, равна 0,586 нм, а соответствующий ему параметр у/2а сульфида кадмия, имеющего структуру вюрцита, равен 0,586 нм, и поэтому между плоскостью (111) InP и базисной плоскостью гексагонального кристалла CdS несоответствие параметров решеток составляет всего лишь 0,32%. Более того, длины тетраэдрических атомных связей в InP и в CdS равны 0,2533 и 0,2532 нм соответственно, и, следовательно, характер ориентации InP некритичен, что и бьшо экспериментально подтверждено.

В первых солнечных элементах слои CdS осаждали путем испарении в вакууме на монокристаллы InP с удельным сопротивлением 0,4 Ом см, легированные кадмием. Квантовая эффективность в спектральном диапазоне от 0,55 до 0,91 мкм составляла 0,70, а малое значение Jq - 5х и* 211

xlO A/cM при рекомбинационно-генерационном механизме прохождения тока свидетельствовано о хорошем соответствии параметров решеток материалов, образуюцщх гетеропереход. Коэффициент полезного действия 12,5% получен при относительно низкой солнечной освещенности 53 мВт/см (облачный день в Нью-Джерси) ; другие характеристики: Voc = 0,63 B;/sc = 15 мА/см и = 0,71 (без просветления).

Бьшо обнаружено, что термический отжиг при Г - 600° С в неокисляю-щей среде улучшает характеристики солнечного злемента со структурой CdS-InP, приводя их к значениям Voc = 0,72 В и т) = 14% [Shay е. а., 1976]. Последующий 15-минутный отжиг при температурах ниже 550° С не оказьшал никакого воздействия на свойства р- и-перехода, указывая на вьюокую стабильность работы элемента. Предполагая, что оптимальные характеристики р-л-перехоца получают при формировании гомопере-хода в InP, путем экстраполяции получили расчетные максимальные значения выходных параметров фотопреобразователя CdS-InP: Voc = = 0,85 В; = 20 мА/см = о,75 и rj, = 17,2%.

Дальнейшее улучшение характеристик фотопреобразователей бьшо достигнуто за счет применения метода химического осаждения CdS на 1пР в потоке H2S-H2 в проточной системе [Shay е. а., 1977; Bettini е. а., 1978]. При соответствующей молярной концентрации HjS (около 2%) в газовом потоке поверхность InP непрерывно подвергается травлению при образовании и сублимации сульфидов индия; на этой чистой поверхности происходит образование сульфида кадмия, который предохраняет поверхность InP от взаимодействия с HjS. При осаждении на монокристалл InP бьши получены солнечные элементы со следующими характе-ристшсами: Voc = 0,79 В; У, = isj мА/см; = 0,735 и t? = 15,0% при АМ2. Емкостные измерения этих элементов подтвердили наличие резкого перехода с контактной разностью потенциалов (1,0±0,15) В.

Солнечные элементы со структурой CdS-InP изготовляли, кроме того, путем испарения CdS в вакууме на монокристанлические гомо-эпитаксианьные слои p-InP, выращенные в свою очередь методом химического осаждения из паровой фазы на монокристаллических подложках р*-1пР*. Бьши изготовлены солнечные элементы с КПД от 8 до 12%. Для лучшего фотопреобразователя получили следующие характеристики: Voc = 0,72 В; у, = 23,2 мА/см = 0,63 и г?, = 11,9% (без просветления, условия освещения, близкие к AMI, мощность падающего солнечного излучения 94 мВт/см с учетом только активной поверхности элемента). Экстраполяцией напряжения холостого хода к О К получено значение контактной разности потенциалов 1,06 зВ.

Наибольшее значение Voc бьшо получено в [Yoshikawa, Sakai, 1977], где элементы изготовляли методом газотранспортной реакции в замкнутой системе.

Фотопреобразователи имели Voc = 0,807 В; Ле = 18,6 мА/см; = = 0,74 и t?j = 14,4% (АМ2, 77 мВт/см). В отличие от ранее рассматривавшихся элементов слой CdS осаждали не на грани (111), а на (ПО) InP.

* В этих элементах поверхность слоя CdS слегка текстурирована вследствие образования микрофасет в процессе роста и поэтому обладает некоторыми просветляющими свойствами [Manasevit е а 19781 212

Рис. 5.14. Энергетическая зонная диаграмма гетероперехода CdS-InP, в котором пленка CdS осаждалась на монокристаллическую подложку 1пР методом газотранспортной реакции в замкнутой системе [Yoshikawa А., Sakai Y. S. Solid State Electron. Pcrgamon Press, 1977, vol. 20]

Температуру подложки при этом поддерживали около 710°С. Контактная разность потенциалов V(j = 1,14 эВ соответствовала значению Voc, наблюдавшемуся и другими cds

исследователями, и более того, почти точно n=2,8-io см совпадала с табличными параметрами электронного сродства для CdS и InP. Емкостные измерения указывали на наличие резкого перехода в соответствии с зонной диаграммой, представленной на рис. 5.14.

С учетом влияния степени соответствия параметров кристаллических решеток между CdS и 1пР на характеристики фотопреобразователей вы-зьшает удивление тот факт, что они получаются очень близкими в случае структуры 1Т0 1пР, где велико несоответствие между параметрами решеток входящих в нее материалов. Солнечные элементы, в которых слои 1Т0 с удельным сопротивлением 10 Ом-см получали ионно-луче-вым осаждением на кристаллы рЛп?, легированные цинком, имели ос - 0,76 В; Jsc = 21,5 мА/см; = 0,65 и i?j = 14,4% (использовали просветляющее покрытие MgFj) [Sree Harsha е. а., 1977].

Аналогичные результаты получены в случае слоев ITO, осажденных с помощью катодного распыления на гомоэпитаксиальные слои р-1пР, выращенные методом химического осаждения из паровой фазы на подложках р*-\пР [Manasevit е. а., 1978]. Наиболее совершенный фотопреобразователь имел следующие характеристики: Vqc = 0,69 В; Jsc = = 23,4 мА/см; = 0,65 и t?j = 12,4% (условия освещения, близкие к AM 1,5, мощность падающего светового потока 85 мВт/см, просветляющие покрьггия не наносились). Экстраполяцией напряжения холостого хода к Г = О К установлено, что Vp = 1,09 В, т. е. совпадает с ранее указанным значением; для получения максимального КПД требуется отжиг. Хорошие характеристики солнечного элемента, полученные несмотря на несоответствие параметров решеток 1Т0 и 1пР, обусловлены, по-видимому, формированием скрьпого гомоперехода в 1пР.

Свидетельства о наличии скрытого гомоперехода получены при анализе солнечных элементов, в которых слой ITO осаждали методом ВЧ-распьшения [Bachmann е. а., 1979]. С помощью ионнозондовых измерений бьшо установлено, что атомы Sn проникают в подложку рЛп? при температуре 250°С и изменяют тип ее проводимости. Если температуру подложки при осаждении ITO поддерживали около 27°С, в ней Sn отсутствовал, хотя это не исключало возможности формирования очень тонкого гомоперехода.

Установлено, что в структуре 1Т0-р-1пР скрытый гомопереход может образовываться в результате воздействия самого процесса распьше-

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.