Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
Первые соображения об оптимальной конструкции многослойного (каскадного) элемента на основе a-Si принадлежат Хамакава и др. [23], Детальный анализ работы многослойного элемента был выполнен в 1980 г. [24, 25]. Используя эти данные фирма "Mitsubishi" разработала солнечные элементы каскадного типа на основе перехода a-Si: H/a-SiGe: Н и получила на них к.п.д. = 8,5 % [26]. ВАХ и конкретные фотоэлектрические свойства этих солнечных элементов описываются в разделе 5.4.
Применяя для контакта со стороны окна микрокристаллический кремний, фирма "Fuji Electric" [27] разработала высокоэффективный солнеч-
228
Vaut, В
Рис. 5.1.23. ВАХ солнечных элементов на площадкеи (а) и распределение к.п.д. в 30 элементах, осажденных на подложке А, расположенной в углу кассетоприемника горизонтальной установки тлеющего разряда (б): П.к. - прозрачный контакт; A, B.C.D- соответствующие подложки
ный элемент на инвертированном р-г-и-переходе с к.п.д. 7,9 % и чувствительной площадью 1,2 см2. Для создания электрического контакта в солнечных элементах с обычным р-г'-и-переходом весьма пригоден легированный мелкозернистый поликристаллический кремний, главным образом и-типа, в силу его высокой проводимости. Такой метод получения контакта широко используется в производстве высокоэффективных солнечных элементов на основе a-Si: Н.
На рис. 5.1.23, а приводится пример последних достижений на солнечном элементе с двойным гетеропереходом a-SiC/a-Si/mk-Si, полученном в горизонтальной плазменной трехкамерной печи. На рис. 5.1.23, б представлено пространственное распределение к.п.д. элементов, полученных на подложке А, расположенной в одном углу горизонтального реактора тлеющего разряда [4]. Из этих результатов следует, что качество пленки, величина и воспроизводимость свойств при данной схеме получения весьма хорошие, ВАХ элемента этого типа с величиной к.п.д. 9,39 % показана на рис. 5.1.23, а.
Использование оптического удержания
Использование отражения от тыльной поверхности солнечного элемента на основе a-Si со структурой p-i-n-перехода на подложке из нержавеющей стали [28, 29] было предложено Хамакава и др. в 1979 г. На рис. 5.1.24 показаны распределения потоков фотонов различных энергий в обычном a-Si солнечном элементе с р-г'-и-переходом [5]. Как видно иэ^
229
рисунка, фотоны с энергией 1,8 эВ испытывают многократное внутреннее отражение. Энергия в 1,8 эВ соответствует оптической ширине запрещенной зоны в a-Si: Н. Из этого факта можно заключить, что генерация фотоносителей вблизи края запрещенной зоны может быть с пользой увеличена эффективным оптическим удержанием путем использования хорошего отражения прошедшего света от тыльной поверхности. Четкое экспериментальное доказательство этого эффекта недавно было сделано Плат-иером и др. [30] на солнечных элементах с инвертированным p-i-и-пере-ходом. Существует теоретическое предположение другого пути усиления этого эффекта за счет использования текстурованной поверхности оптического отражения [31]. Этот эффект усиления может дать увеличение эффективного поглощения вплоть до 4и2 (х) в пленке полупроводникового материала с непрямыми переходами в запрещенной зоне, аналогичного кристаллическому кремнию. Схематически эта идея проиллюстри-
0 2000 Ц000 х в
Рис. 5.1.24. Нормализованное распределение поглощения потока фотонов в зависимости от координаты х в активном г'-слое солнечного элемента на основе a-Si-H с р-г'-и-переходом [ 4]:
G — стекло; ОИО - оксиды индия-олова
Рис. 5.1.25. Два оптических слоя с качественно различающейся поверхностной текстурой:
а - плоскопараллельная пластина, нет случайных отражений под различными углами и в результате нет усиления интенсивности; б - наблюдаются случайные отражения под различными углами и, следовательно, должно происходить усиление интенсивности; в - белая поверхность отражения эффективно отражает вошедший свет и повышает коэффициент уеиления до 2п2 [ 31 ]
рована на рис. 5.1.25. На рис. 5.1.25, бив удержание интенсивности света достигается беспорядочным отражением под различными углами. Для сравнения на рис. 5.1.25, а показан путь света в плоскопараллельной пластине. В ряде других последующих работ с использованием различных технологий были получены экспериментальные подтверждения высказанной идеи. Вронски -и др. [32] применили этот способ усиления к солнечному элементу на основе a-Si с инвертированнымр-г-н-переходом. Результаты представлены на рис. 5.1.26.
Рис. 5.1.26. Влияние обработки тыльной поверхности на изменение нормализованной эффективности собирания фотоносителей [32]:
Текст. Ag - текстурованное серебро; Пл Ag, Пл. Сг - плоские Ag и Сг; Ме - металл; ОИО - оксиды индия—олова
1,0 % 0.6
1
0,4 0,2
-
- / / \ 17/т.Сг Текст. Ад V \ \ л х \\\
- hv 1 ОИО / 1
- I ОИО / Me
1 ~ Стеклр
0,4 0,5 0,6 0,7 А,Мкм
С целью более эффективного использования оптического и зарядового удержания эта идея была распространена на гетеропереход с многослойной структурой. Несмотря на ряд попыток решения этого вопроса, определенной практической технологии, приемлемой для получения солнечных элементов, все еще не выработано. Авторы настоящей статьи уделили много внимания этому вопросу и разработали практическую технологию для элементов со структурой ОИО/п мк-81/1 г-Б^/р а-З^ТЮг/^, покрытых полутекстурованной нержавеющей сталью. Пример ВАХ элемента, имеющего к.п.д. 9,17 %, показан на рис. 5.1.27.
