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

700 800 900 1000 Температура, С

1ис. 5.5. Растворимость As в жидком галльи I.Shen./ California, Stanford. Thesis, Dep. Elec*-I ng., 1976]

чения атомарно-чистой границы раздела. С помоии>ю этого получают низкие скорости поверхностной рекомбинации, наблюдаемые на металлургической ме?к-фазной границе.

Добавляя небольшое количество Zn в расплав, содержащий А1 и Ga, можно создать мелкозалегающий слой Р-типа в подложке GaAs одновременно с выращиванием слоя AIGaAs. В соответствии с другим способом слой p-GaAs выращивают из расплава Ga, легированного германием, непосредственно перед осаждением AIGaAs. Интуитивно кажется, что зпитаксиальные слои должны иметь более высокое структурное совершенство и большие времена жизни неосновных носителей заряда.

Для улучшения характеристик полупроводниковых устройств существует несколько вариантов жидкофазйого выращивания. Осаждение осуществляют в условиях недостаточного насьицения, насьпцения и пересыщения расплавов; в последнем случае, как правило, эпитаксиальные слои характеризуют малой диффузионной длиной L неосновных носителей заряда [Woodall, Hovel, 1977]. Выщелачивание или геггерирование примесей из нижележащих слоев р- или л-типа в подложке с целью по-вьппения значения L осуществляют путем отжига подложки в расплаве Ga-AI до зпитаксиального наращивания [Woodall, Hovel, 1975]. С помощью метода рекристаллизации с тыльным подтравливанием [Woodall, Hovel, 1977] в одном технологическом цикле осуществляют геттерирование и выращивание слоя AlxGai xAs переменного состава. Преимущества при использовании подобных слоев обсуждаются далее в 5.2.6.

Другой наиболее часто применяемьхй способ - это химическое осаждение из паровой фазы (или более узко - зпитаксия из паровой фазы) путем синтеза газообразных соединений, содержащих Ga и As. При реакции GaCb и арсина (AsHj) на подложке, нагретой до 600-800° С, скорость осаждения GaAs может превышать 10 мкм/ч [Johnston, Callahan, 1976]. Осаждение GaAs происходит также в результате пиролитической реакции органометаллических соединений галлия (например, триметил-галлия) с АзНз на подложке, нагреваемой с помощью СВЧ-излучателей [Dapkus е. а., 1978; Dupuis е. а., 1977]. Особое достоинство последнего метода для предполагаемого массового производства - отсутствие нагрева стенок реактора и осаждение материапа только на нагретых подложках. Оба процесса используют в качестве газа-носителя водород при атмосферном давлении.

Времена жизни неосновных носителей заряда в слоях, выращенных методами жидкофазной эпитаксии и химического осаждения из паровой фазы, близки. Оба метода применимы также для получения кристаллических пленок GaAs на аморфных подложках.

Вводу большого различю! давлений насьш1енных паров элементов Ga и As (при 400° С отношение давлений 10 ) при обычном вакуумном испарении GaAs невозможно добиться стехиометрического состава слоев. Однако высокосовершенные слои выращивают методом молекулярно-пучковой эпитаксии [Casey, Panish, 1978b].

5.2.3. Наиболее распространенная структура солнечного элемента на основе GaAs и ее предварительная оптимизация

За исключением одного единственного раннего сообщения о солнечном элементе на основе р-я-гомоперехода в GaAs с tJj =4% [Jenny е. а., 1956], интенсивные исследования солнечных элементов на основе GaAs начались значительно позже, чем в случае Si. В одной из ранних публика, ций сообщалось о солнечном элементе на основе р -я-перехода в GaAs. имевшем при AM 1 tJj = 11 %, = 17 мА/см и большое значение Vgc [Gobat е. а., 1962]. В 1970 г. впервые стало известно о создании гетеро-переходной структуры р-AlGaAs-я-GaAs, имевшей в условиях освещения АМО КПД 10-11% и сильно расширенную спектральную чувствительность в коротковолновой области по сравнению с р-я-гомоперехо-дом [Alferove.a., 1971].

Большой скачок в повышении КПД произошел в 1972 г. с появлением солнечного элемента с гетерофазной границей раздела; впервые это удалось Вудалу и Ховелу: их элементы со структурой p-AlovGaosAs- p-GaAs - я-GaAs, изготовленные методом жидкофазной эпитаксии, имели щ = 15,3 и 19,1% при AMI и АМ2 соответственно [Woodall, Hovel, 1972]. В результате диффузии Zn при осаждении слоя AlGaAs в пластине и-GaAs формировался промежуточный слой GaAs р-типа проводимости. Вскоре бьш сделан аргументированный вьтод, что солнечные элементы на его основе, имеющие большой 1СПД, перспективны для применения в системах, использующих концентрированные солнечные потоки, в которых высокая стоимость самого элемента составляет лишь малую долю стоимости всей концентраторной системы.

В 1978 г. появился солнечный элемент на основе гомопереходов п*-р-р* в GaAs со структурой, напоминающей типичный кремниевый солнечный элемент с изотипным переходом у тьшьного контакта [Fan, Bozber, 1978]. Слои р- и я*-типов получали методом химического осаждения из паровой фазы, причем утончение я*-слоя до требуемого размера (0,045 мкм) вьшолнялось анодированием. Слой анодного оксода после завершения стравливания и*-слоя оставляли на поверхности элемента, и он служил в качестве просветляющего покрытия. Коэффициент полезного действия этого элемента при AM 1 составлял 20% без использования концентрированных потоков. Все же элементы с гетероструктурами имеют пока более высокий КПД: 24,7% при AMI и степени концентрации 180 в случае гетероструктуры с переменным составом слоя AlGaAs [Sahai е. а., 1978]; 21% при АМ1,4 (без применения концентрированных потоков) [James, Moon, 1975] и 21,9% при AMI (без концентрации солнечного излучения [Woodall, Hovel, 1977].

Параметры и выходные характеристики солнечного элемента с гетероструктурой AIGaAs - GaAs* (без применения концентрированного излучения)

Слой oKHa p*-Al;(Gai ;(As

Легирующая примесь................... Ge

I лгр - хр*\ , мкм...................... 7

Состав, x............................. 0,7

Л,см *............................. Ю*

£g, непрямые переходы, эВ.............. 2,08

Eg, прямые переходы, эВ................ 2,41

Спой p-GaAs

Легирующая примесь................... Ge

Up - дгр I, мкм........................ 1,2

Lf У1юл.............................. 5-8

Л.см *............................. 910

Подложка и-GaAs

Легирующая примесь................... Те

I, мкм....................... 200

Лд.см-з............................. 1,6 10 *

Солнечный элемент

= \х - д;р, мкм................... 0,04

Уо.А/см............................. 10 °

А.................................... 2

Voc (при AMI), В...................... 0,88

Jsc (при AM 1), А/см................... 0,02

Я................................... 0,75

7?s,%................................ 14,8

* Shen L. С.-С. Ph. D./ California, Stanford. Thesis, Dep. Electr. Eng., 1976.

Структура солнечного элемента, соэданного Вудалом и Ховелом (рис. 5.6), в большинстве современных конструкций элементов практически полностью сохранилась, иэменения коснулись только толщины и состава слоев.

Значительная часть носителей, фотогенерированных в слое р*-AIGaAs, рекомбинирует на лицевой поверхности при xj, на которой 5 = 10* см/с. Однако ввиду большой ширины запрещенной эоны для непрямых оптических переходов в AIGaAs вклад фотогенерированных в этом слое носителей заряда в общий фототок Ji незначителен, и поэтому влияние потерь, связанных с рекомбинацией на лицевой поверхности, также очень мало. Несоответствие параметров кристаллических решеток AIGaAs и GaAs и возможность получения чистых границ раздела в процессе изготовления обусловливают малые рекомбинационные потери на гетеропереходе AIGaAs-GaAs, 5,-< 10* см/с [Ettenberg, Kressel, 1976].

Поскольку в большинстве случаев р*-слой участвует в собирании носителей заряда (исключение составляет структура, рассмотренная в 5.2.4), электропроводность тонкого р-слоя, в котором происходит полезное поглощение большей части световой энергии, можно оптимизировать с целью увеличения Ь , а не коэффициента собирания. При сравнении диффузионного р-и-перехода, полученного с помощью диффузии ато-

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.