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

Казмерский [Kazmerski, 1978, 1980а] применил теорию Карда и >1ига [Kard, Yang, 1977] к прямозонным широкозопным матсриа-шм, в час1-ности к CulnSej. Этим же автором дан подробный обзор состояния исследований и перспектив дальнейшего совершенствования поликрнсталлических солнечных элементов [Kazmerski. 1980bl.

Грин [Green, 1978], используя эквивалентную схему, описывающую трехмерное протекание тока, сосредоточил внимание па роли мсжзерси-иых границ в обедненной области р-м-перехола.

При оценке Jsc в CuSCdS солнечных злементах сделано предпо.чожс-ние о том, что все избыточные носители заряда, рож,чспиые в местах, расстояние от которых до цилиндрической межкристаллитной границы меньше, чем до р-и-иерехода, не дают вклада в Jjr [R<-)tlivvarr, 1976. Несмотря на это упрощающее предположение, в теории учитывалась неоднородность темпа генерации (JT/dX и а(Х) в реальном солнечном элементе, которая в большинстве теорий игнорировалась.

Трехмерная задача переноса заряда в поликристаллическом материале настолько сложна, что практически не допускает точного решения Поскольку рассмотренные до сих нор модели включают ряд допущений, следует охарактеризовать свойственные этим моделям ограничения.

1. По самой своей природе процедура усреднения времени жизни и диффузионной длины неосновных носителей заряда обусловливает невозможность в дальнейшем оценить ряд важных аспектов процесса переноса заряда.

2. Как правило, условия работы солнечных элементов таковы, что их анализ на основе (6.21) для времени жизни носителей заряда в нитевидных кристаллитах вряд ли может привести к получению точных результатов.

3. Во многих моделях пренебрегают влиянием прямого смещения на инжекцию в квазинейтральную область и, в частности, на границе обедненного слоя р-и-перехода.

4. Расчет Voc И (включая зависимость собирания фотогенерированных носителей заряда от смещения) носит крайне приближенный характер.

Эффективную скорость поверхностной рекомбинации idgb) на межкристаллитной границе рассчитывали для двух крайних случаев: темновых условий и условий освещения, когда высота барьера на межкристаллитной границе существенно снижена. В условиях освещения в свою очередь существовало два варианта: использовать либо бесконечное значение Sff, либо только для случая сильного возбуждения, когда

влияние зарядов на пограничных состояниях можно не учитывать. Более строгое рассмотрение промежуточных случаев бьшо бы крайне полезным, в особенности для диагностики поликристаллического материала.

Наблюдают достаточно приемлемое соответствие между теорией и экспериментальными характеристиками солнечных элементов на основе поликрсталлических материалов, в особенности при больших размерах

Обзор этой проблемы дан Линдхольмом и Фоссумом [Lindholm, Fossum, 1981). 252

кристаллитов. Однако в случае прямозоиных шнрокозоиных материалов значения и /./ обычно меньше предсказываемых теорией, и поэтому особС1НЮ важна задача повышения точности .моделей.

Несмотря на указаиньге недостатки, теоретические модели существенно улучшили \ranic понимание характеристик поликристаллйческих cojine4Hbix злемснтов. Например, согласно соотношению SJ ~

[ /( /V Л Н из (6.28) КПД солнечного элемента существенно повышается в условиях концентрированного излучения (при стсиспях концентрации от 3 до 20). Возможность использования поликристаллйческих солнечных злементов в сочетании с системами при м;ун,1х степенях концентрации солнечного излучения до сих нор hi норировали, охщако гакос применение может оказаться экономически и,п о.дным. Еще из

одного соот11ои1спня .V/J ~ следует, что ,и1я повьппения .Z,. необходим более низкий уровень легирования iiouioinaioiiieu) caci слоя; при зтом, конечно, требуегся иекоюрый компромисс с зависимостью \ос от л;,.

6.3.3. Снижение рекомбинации на межкристаллитной границе

Для снижения ногсрь, обусловленных наличием межкрисгаллитных границ в поликристаллических солнечных злсменгах, cyniccTByioi три основных способа: I) нейтрализация электрической активности состояний на межзеренной границе путем введения примесей определенного сорта; 2) преимущественное обволакивание участков пересечения границ зерен и р- -перехода диэлектриком; 3) включение границы зерна в качестве составной части в р- -переход путем локгшьного диффузионного легирования межзеренной границы до приобретения ею противоположного типа проводимости (например, граница приобретает проводимость н-типа в поглощающем слое /;-тина), т.е. путем создания аналога вертикального многопереходного солнечного элемента (см. рис. 4.24).

Нейтрализацию состояний на межкристаллитной границе исследовали во многих работах. Использовали отжиг в среде атомарного водорода в целью увеличения проводимости поперек межзеренных границ в бикристаллах Si (Seager, Ginley. 1979; Seager e.a.. 1980]. Этот способ эффективно устранял все поддававшиеся измерению барьеры (при 300 К) на глубинах до 0,2-0,5 мм. В предварительных исследованиях поликристаллических кремниевых солнечных элементов с размером зерен > = 0,1 -г 1 мм бьшо достигнуто некоторое увеличение Jc. Уос и . Эти элементы с р-и-переходом изготовляли традиционным методом диффузии и после нанесения контактов отжигали в среде атомарного водорода. Известны и другие работы но пассивации межзеренных границ в среде Hj [Robinson, DAlello, 1981; Makino e.a., 1980] и U [Miller, Orr, 1980; Young e.a., 1981] .

Установлено, что добавка Си частично снижает потери на межкристаллитных границах и повышает КПД кремниевых поликристаллических солнечных элементов [Daud. Koliward, 1978]. Медь вводили путем диффузии с поверхности p-Si, полученного методом плавки, и в процессе выра-

щивания кристалла методом Чохральского до формирования р-и-пере-хода диффузией фосфора. Хотя после введения Си КПД мелкозернистого материала (7 0,1 мм) значительно (примерно на 15 %) возрастал, в материале с большими размерами зерен (7 1 мм) наблюдали противоположный эффект: КПД снижался примерно на 18 %. Наибольшее влияние оказывала добавка Си на ff и Vc- В частности, максимально изменялся ход темновой вольт-амперной характеристики при низких напряжениях, где А 2, что как раз предсказывалось теорией Фоссума и Линдхольма.

При нанесении субмонослоя Ru на н-GaAs скорость поверхностной рекомбинации снижалась не менее чем на ггорядок [Nelson е.а., 1980]. Можно ожидать аналогичного эффекта на границах зерен в гголикристал-лических слоях из этого материала.

Способ электрической изоляции межкристаллитных границ с помощью диэлектрика применен в случае солнечного элемента с барьером Шоттки AU -GaAs- *-GaAsMo [Ghandi е.а., 1979]. Сначала на поверхггос-ти -GaAs селективным анодированием выращивали толстый слой оксида, а затем стравливали его в HCi, оставляя тонкий слой (0-20 мм) на открытой поверхности зерен и толстый (не менее 10 им) па внутренних границах. После этой (гроцедуры осаждался слой Аи и формировался барьер Шоттки. Без обволакивания межзеренных границ оксидом они имели /Л-тип проводимости (возможно, из-за диффузии примесей из слоя H*-GaAs в процессе его выращивания методом химического осаждения из паровой фазы) и сильно закорачивали солнечный элемент, llocjre пассивации токи утечки снижались в 10-10* раз.

Третий подход к устранению влияния ноликристалличпости материалов в солнечных элементах - использование границ столбчатых кристаллитов в качестве составной части /з- -иерехода в вертикальных много-иерсходных солнечных элементах (см. рис. 4.24). Для его peajrH3auHH межзеренные границы p-Si локально ;гегирова;ги атомами Р, диффузионно вводившимися при низких температурах. В результате следующей высокотемпературной диффузии образовывался высоколегированный слой н-типа, ггокрывающий часть поверхности каждого зерна 10 Stefano, Cuomo, 1977].

Переход, образованный вокруг каждого зерна, способствует собиранию носителей заряда, которые прежде рекомбипировали па межзеренной границе. Граница зерна г[0-прежнсму ггерссскаег основной р-и-псрехол, однако это пересечение уже не находится в сильно ocBcniennort области. Конечно, требуется ювелирная точность при проведении указаннога процесса во избежание закоротки из-за возможного смыкания р- -иерехода с тыльным контактом.

6.4. Заключение

При достижении приемлемых значений КПД и стабильности солпгеч-ныс элементы с моликристал;и1ческими слоями станут псрспскгивтимп для ншрокомаспггабного применения. Э.чемспты па основе по.чикристал-

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.