Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Поликристаллические кремн. солн. элементы
289
до сих пор не проводилось. Поскольку кремний относится к полупроводникам с непрямыми оптическими переходами и имеет низкий коэффициент поглощения, для достаточно полного использования света необходимы пленки большой толщины. В тонкопленочных кремниевых солнечных элементах толщиной
30... 50 мкм значительная доля поступающего излучения теряется вследствие недостаточного поглощения. Кроме того, имеются потери излучения, связанные с отражением, наличие которых также приводит к уменьшению тока короткого замыкания. На поверхность солнечных элементов, как правило, наносят просветляющие покрытия, однако нет уверенности в том, что они оптимальны для тонкопленочных элементов1).
5.5. Направления дальнейших исследований
Разработки в области создания эпитаксиальных кремниевых тонкопленочных солнечных элементов достигли достаточно высокого уровня. Из элементов большой площади необходимо изготовить панели и модули, а затем с целью изучения их устойчивости к воздействию окружающей среды провести испытания в естественных условиях и ускоренные ресурсные испытания. Как показывает опыт эксплуатации массивных кремниевых солнечных элементов, Si является стабильным материалом, однако следует помнить о том, что в тонких пленках с высоким отношением площади поверхности к объему, большой плотностью дефектов и специфической микроструктурой возможно ускоренное протекание химических реакций и диффузии. Поэтому было бы разумно изучить явления, обусловливающие деградацию тонкопленочных кремниевых элементов. Затем в условиях опытного производства необходимо освоить изготовление высокоэффективных элементов большой площади и показать, что выпуск этой продукции экономически оправдан.
Дальнейшее повышение эффективности солнечных элементов требует планомерного широкого изучения материаловедче-ских проблем, связанных с получением тонкопленочных структур. В первую очередь необходимы: 1) детальное исследование процесса осаждения и влияния его параметров на микроструктуру выращиваемых пленок; 2) разработка (на основе ранее полученных результатов) метода осаждения крупнозернистых высококачественных пленок большой площади с низкими концентрациями глубоких примесных уровней и дефектов микроструктуры, таких, как дислокации и вакансии; 3) исследование
В СССР разработаны и используются на практике просветляющие покрытия для всех типов солнечных элементов, в том числе для тонкопленочных (см. список дополнительной литературы [25]).— Прим. ред.
Ю Заказ № 1939
290
Глава 5
свойств границ зерен; 4) осуществление пассивации границ зерен посредством гидрогенизации или легирования (возможно одновременное применение обоих процессов); 5) разработка соответствующей конструкции элементов с учетом результатов анализа потерь излучения и носителей заряда. При решении последнего из перечисленных вопросов потребуется проведение оптимизации толщины базового и верхнего слоев, структуры контактной сетки, параметров просветляющего покрытия и отражающего тыльного контакта, а также профиля распределения примеси в поверхностном слое. Кроме того, необходимо исследовать возможность повышения эффективности собирания носителей заряда за счет уменьшения толщины фо-тоактивного слоя и создания высокоотражающего тыльного контакта. В элементе такой конструкции, предложенной Ред-филдом [39], двукратное прохождение света через слой крем* ния обеспечит достаточно полное его поглощение.
Глава 6
СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ОСНОВЕ АМОРФНОГО КРЕМНИЯ
6.1. Введение
В 1969 г. Читтик и др. [1] опубликовали предварительные результаты исследований по осаждению гидрогенизированного аморфного кремния (в дальнейшем обозначаемого а-Si: Н) к его легированию фосфором, обеспечивающему получение твердого раствора замещения. В 1976 г. Спир и др. [2], подробно изучив свойства пленок а-Si: Н, легированных различными примесями [3], впервые создали р—я-переходы в а-Si: Н. Солнечные элементы на основе a-Si:H были изготовлены в исследовательских лабораториях фирмы RCA [4, 5]. Фотоэффект наблюдался в приборах нескольких типов: с р—п- и р—i—ft-структурами, барьером Шоттки и гетеропереходом.
После того как была продемонстрирована возможность применения гидрогенизированного аморфного кремния в фотоэлектрических преобразователях энергии, этот материал привлек внимание исследователей всего мира, о чем свидетельствует резко возросшее количество научных публикаций [6—35], обзоров [36—39] и конференций [40] по данному вопросу. Это вызвано следующими причинами. Технологию изготовления элементов, основанную на процессе осаждения а-Si: Н в тлеющем разряде (иначе называемом плазменным осаждением), по-видимому, можно успешно использовать для создания дешевых солнечных батарей большой площади на недорогих подложках в условиях автоматизированного поточного производства [41]. Общая стоимость применяемого материала оказывается крайне низкой, так как элементы с приемлемыми характеристиками могут быть изготовлены на основе очень тонких пленок кремния (толщиной ~1 мкм), осаждение которых осуществляется непосредственно из материала исходного сырья (силана) без промежуточных процессов его превращения в слиточный или порошкообразный кремний^ Поскольку кремний широко распространен в ‘природе, его получение в необходимом количестве не вызывает затруднений. Аморфный кремний
