Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
Недавно доказанная возможность управления типом и концентрацией носителей заряда в аморфных полупроводниках открывает широ-
1975 1977 1979 1981 1983 1985
Год
кие возможности их использования как новых материалов электронной техники.
Из всех свойств аморфных полупроводников с тетраэдрической координацией связей наиболее примечательными являются их высокие фотопроводимость, коэффициент поглощения видимого света, а также возможность получения тонких пленок большой площади, — все это обусловливает возможность создания дешевых генераторов фото-э.дх, работающих на солнечной энергии. Ожидается, что новые аморфные материалы найдут также широкое применение в производстве тонкопле-ночных интегральных электронных приборов: транзисторов, светочувствительных экранов и электрофотографических устройств.
Одной из важных областей применения аморфных полупроводников является технология солнечных батарей. На рис. 1.1 схематично показан рост к.п.д. солнечных батарей на аморфном кремнии, начиная с момента появления этого класса приборов в 1976 г. Как видно из рисунка, эффективность солнечных батарей как малой, так и большой
Рис 1.1. Повышение к.п.д. солнечных элементов (до декабря 1982 г.), обусловленное успехами технологии аморфных полупроводников:
/ - элементы p-i-n малой площади; II - то же, большой; III - МДП-элементы малой площади; IV - каскадные солнечные батареи на a-SiC гетеропереходах; V - порог экономической выгодности производства наземных солнечных батарей; VI -a-Si гомопереход; VII - интегральные солнечные батареи на гетеропереходах из a-SiC; 1-4 - данные фирмы RCA (X - неопубликованные данные; / - оксиды индия-олова/ p-i-n a-Si.H; 2 - Pt/a-Si:H; 3- р a-SiC:H/;'-« a-Si.H; 4 - обратная p-i-n a-Si:H структура); 5-7 - данные Университета в Осаке (5 - оксиды нндия-олова илн SnOj/p-i'-и a-Si:H; 6 - каскадная батарея из двух элементов; 7 - р a-SiC:H/ i-n a-Si:H; 8-11 - данные фирмы "Sanyo" (8 - оксиды нндия-олова/ p-i-n a-Si:H; 9 - интегрированный элемент; 10 - обратная p-i-n a-Si:H структура; 11 - р a-SiC:H/ i-n a-Si:H); 12-14 - данные фирмы "Fuju" (12 - Pt/a-Si:Hj 13 - обратная pin a-Si:H структура; 14- n мк-Si/i-p a-Si:H); 15 - данные Университета в Данди (обратная p-i-n a-Si:H структура); 16, 17 - данные фирмы ECD (16- AuPd/NbO/a-Si:H:F; 17- a-Si:F:H); 18, 19 - данные фирмы "Mitsubishi" (18 - каскадная батарея на основе a-SiGe:H; 19 - обратная p-i-n a-Si:H структура); 20 - данные фирмы NEC (оксиды индия-олова/ p-i-n a-Si:H); 21 - данные фирмы "Teijin C.R.L." (оксиды индия-олова/р-;'-и/ реактивно распыленная нержавеющая сталь/полиамид); 22-23 - данные Токийского технологического университета (22 - Au/; a-Si:F.H/« a-Si:H; 23 -оксиды нндия-олова/ p-i-n a-Si:H); 24 - данные Университета в Хиросиме'(Pt/i-n химически осажденный a-Si/л к-Si); 25 - данные фирмы "Sumitomo" (р a-SiC:A/ '-и a-Si:H); 26, 27 - данные фирмы "Sharp-ECD" (26 - каскадная батарея на основе a-SiGe:F:H; 27 - a-Si:F:H); 28 - данные фирмы "Siemens" (оксиды индия-олова/ nip a-Si:H/Ag); 29 - 31 - данные Университета в Осаке (29 - pa-SiC:H// a-M:H/n MK-Si/Ag. 30 - оксиды нндия-олова/ п мк-Si/i-p a-Si:H/Ti02Ag/ нержавеющая сталь; 31 - оксиды индия-олова/я мк-Si/i-p a-Si:H/« к-Si/p поли-Si/Al
15
14
площади год от года быстро растет'. Начиная с 1980 г. кривую роста к.п.д. можно разделить на две ветви: А и В.
Усилия, предпринимавшиеся исследователями для повышения эффективности солнечных батарей, направлялись на разработку различных технологических и физических методов. В области физики приборов внимание ученых было сосредоточено на поиске, параметрических зависимостей эффективности генерации носителей заряда и работы коллектора, учитывающих парную и непарную рекомбинацию, от величины электрического поля [ 19]. В то же время с целью повышения качества пленок начиная с 1977 г. ведутся исследования плазменных процессов осаждения. Эти фундаментальные исследования привели к созданию нескольких новых реакторов для осаждения пленок. Это прежде всего плазменный реактор постоянного тока [20], многокамерный горизонтальный реактор тлеющего разряда [21] и реактор с последовательно разделенными камерами. Ветвь А на рис. 1.1 соответствует именно этим исследовательским разработкам, направленным на повышение качества материала, параметров солнечных батарей и основанным на концепции фотоволыаического эффекта дрейфового типа. Последний будет обсуждаться в гл. 4 и 5.
Изменение хода кривой к.п.д. на рис. 1.1. в период 1980-1981 гг.
1 За последние 16 лет производство солнечных элементов возросло в 100 раз. В 1984 г. таких "солнечных" источников питания было выпущено на сумму 130 млн. долл. Основной двуединой проблемой, стоящей перед технологами, является повышение эффективности преобразования солнечной энергии и снижение стоимости солнечных элементов. В соответствии с этим в настоящее время стоимость солнечных элементов принято выражать в рыночных ценах за 1 Вт выдаваемой мощности. Согласно A.M. Барлетту ("Solar Cells", 1984, v. 12, № 1-2, p. 3-10) эволюция основных технологических принципов, удельной стоимости и эффективности солнечных элементов за последние 10 лет выглядит следующим образом:
