Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
15 - 537
методе тока, наведенного световым лучом, показан на рис 5.1.18. В этой системе световой луч сканируется зеркальными, а образец остается неподвижным. Пространственное разрешение определяется фокусирующими линзами и составляет менее чем 200 мкм. Использовался световой луч от He-Ne-лазера. Для анализа профиля по глубине также использовались аргоновые лазеры с длиной волны 5145 и 4880 А. Сигнал фототока добавляется к сканирующему сигналу положения по оси у и двумерный профиль фототока записывается на двухкоординатном самописце.
На рис. 5.1.19 приведены профили фототока в солнечных элементах на основе a-Si: Н, изготовленных соответственно на подложках из нержавеющей стали и оксидов индия—олова/стекло. В a-Si: Н солнечных элементах
1мм ¦ 1ММ
Рис. 5.1.19. Профиль фототока в солнечном элементе на основе a-Si на подложке из нержавеющей стали (а) и оксиды индия-олова/сталь (б)
на подложке из нержавеющей стали наблюдаются незначительные колебания фототока. Это, вероятно, связано с изменением толщины или качества пленок a-Si: Н и ОИО. В элементах на подложке из ОИО/стекло выявляются отличительные особенности, заключающиеся, как видно из рисунка, в периодическом изменении фототока. Дальнейшие исследования тока, наведенного световым лучом, в солнечных элементах на основе a-Si: Н на различных подложках, таких как (ЖО/стекло и БЮг/ОИО/стекло, выявили, что картины профилей фототока в солнечных элементах на подложках различных видов существенно разнятся между собой. Это означает, что они тесно связаны с морфологическими особенностями материалов подложки и прозрачных контактных пленок. Кроме того,
ОНО \ 1 о 7 * X Стекло
Нерж.ст ^^/ц
Рис. 5.1.20. Возможные причины флуктуации фототока в солнечных элементах на основе a-Si [ 22]:
1 - морфология поверхности; 2 — толщина; 3 - плазменное травление; Нерж. ст. — нержавеющая сталь
226
поскольку прозрачные контактные пленки часто подвергаются воздействию активного водорода в плазме при осаждении слоев a-Si: Н, то предполагается, что различные картины наведенного тока для разных прозрачных контактных материалов частично обусловлены этим эффектом. Возможные причины флуктуации фототока для двух различных подложек суммированы на рис. 5.1.20.
5.1.4. Исследования, направленные на повышение эффективности солнечных элементов
Получение новых материалов
Одним из существенных результатов научно-исследовательских работ в 1981 г. явилось создание поколения аморфных сплавов. В табл. 5.1.5 приведены контролируемые изменения оптической ширины запрещенной зоны в сплавах с тетраэдрической координацией и возможные пути их использования в солнечных элементах. Во всех этих материалах путем гидрогенизирующих термообработок и легирования примесями замещения соответствующим методом можно по желанию изменять тип и величину проводимости.
Таблица 5.1.5. Новые аморфные материалы для солнечных элементов
Материал * Ширина запре- Применимость
щениой зоны, эВ
TP-a-Si.-jcCjc: Н 1,8-2,2
1,6-2,8
TP-mk-Si:H 1,8-1,9
TP-a-Sii_xGex: Н 1,1-1,8
TP-a-Si.ljcNjciH 1,8-5,2
PP-a-Si.-xSn* 1,1-1,4
Широкозонное окно, контакт Высокая твердость Контакт
Длинноволновый поглотитель Широкозонное окно Длинноволновый поглотитель
* Способы получения: TP - тлеющий разряд; РР - реактивное распыление.
Одним из больших преимуществ при использовании а-811_хСх:Н является то, что с увеличением содержания углерода ширина запрещенной зоны контролируемо изменяется от 1,76 до 2,2 зВ. Наличие в ТР-ъ-$\1-хСх: Н (получен тлеющим разрядом) хорошей фотопроводимости при большой оптической ширине запрещенной зоны указывает на то, что этот материал может стать очень полезным для окна в солнечных элементах с р -/-«-структурой и с инвертированной р -/-«-структурой. Как сообщалось [22], при использовании а-81С:Н р-типа в качестве слоя окна были разработаны солнечные элементы на р -/-«-гетеропереходе (а-81С: Н/а-Эк Н), имеющие к.п.д. = 8,04 %. На рис. 5.1.21 показаны спектры солнечной фотовольтаической эффективности собирания
227
\tMKM Выходное напдяжение,в
Рис. 5.1.21. Сравнение эффективности собирания носителей в солнечных элементах с гетеропереходом на основе a-SiC и a-Si:
1 - солнечный спектр; 2 - выигрыш; 3 - структура a-SiC: H/a-Si: Н р/г'-и; 4 -структура a-Si: Нр-г'-и
Рис. 5.1.22. ВАХ солнечного элемента малой площади (3,3 мм2) с гетеропереходом на основе a-SiC: H/a-Si: Н элемент №57.731-1, дата 17.9.82, Voc = 880,3 мВ, Isc = = 15,01 мА/см2, КЗ - 66,99 %, к.п.д. = 8,84 %, Pin = 100 мВт/см2) и солнечного элемента с гомопереходом на основе a-Si:H {22] (элемент №Р-10-25, дата 3.3.81, Voc = 0,801 В, переходом на основе a-Si : Н [22] Isn = 11,02 мЛ/см2, КЗ = 64,7 %, к.п.д. = 5,71 %,P?„ = 100 мВт/см2)
при наличии и отсутствии окна из a-SiC: Н. На рис. 5.1.22 показаны типичные ВАХ солнечного элемента на основе гетероперехода a-SiC : H/a-Si: Н с активной площадью 3,3 мм2 при освещении в условиях АМ-1 (100 мВт/см2). Сравнение солнечного элемента на основе перехода a-SiC: H/a-SiC: Н с обычным элементом на р-г-и-переходе a-Si: Н показывает явное улучшение параметров: Jsc на 38,0 %, Voc на 13,7 % и к.п.д. на 40,8 %. Для солнечного элемента большой площади (1 см2) был получен к.п.д. = 7,72 % при Jsc = 14,06 мА/см2, Voc = 0,88 В и КЗ = 0,624.
