Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Солнечные элементы на основе аморфного кремния
333
ментов на основе a-Si: Н с КПД 10 %. Характеристики элементов на основе узкозонных сплавов a-Si: Ge: Н ухудшаются при увеличении концентрации германия [122].
К преобразователям нового типа относятся высоковольтные каскадные системы {25], состоящие из последовательно соединенных элементов на основе a-Si: Н. Недостатком таких систем является небольшой ток короткого замыкания.
6.7 Направления дальнейших исследований
Значительные успехи в области создания солнечных элементов на основе аморфного кремния дают основания для оптимистичной оценки перспектив их использования. Однако для достижения высоких технико-экономических показателей производства аморфных солнечных элементов необходимы широкие экспериментальные и теоретические исследования и разработки в смежных отраслях. Проведенный в предыдущих разделах анализ характеристик элементов позволяет выявить проблемы, которые требуют дальнейших исследований.
Предполагается усовершенствовать метод осаждения аморфных материалов в тлеющем разряде с учетом особенностей процессов, происходящих в плазме, и поверхностных химических реакций. Необходимо идентифицировать наиболее важные параметры газовой фазы и процесса конденсации и разработать способы управления ими для получения пленок высокого качества. Более глубоко следует изучить влияние на свойства аморфных материалов нежелательных примесей и веществ, применяемых для компенсации ненасыщенных связей и легирования. Создание высококачественных легированных пленок сплава a-Si: Н с фтором требует изменения состава атмосферы разряда и условий осаждения, а также использования других легирующих примесей.
Существующие элементы с гетеропереходами ITO — a-Si: Н и Sn02 — a-Si: Н обладают относительно низким напряжением холостого хода [30, 129]. Эффективность элементов с гетеропереходами на основе a-Si: Н можно повысить, применяя новые широкозонные высокопроводящие материалы такие, как поли-кристаллические пленки SiC или GaN.
Для улучшения характеристик каскадных систем, состоящих из последовательно расположенных солнечных элементов, и интегральных каскадных преобразователей необходимы оптимизация их параметров и, следовательно, разработка и использование сплавов с различной шириной запрещенной зоны.
Поскольку в настоящее время имеется мало данных о стабильности солнечных элементов на основе a-Si: Н, предполагается провести многочисленные испытания небольших модулей аморфных элементов в реальных условиях эксплуатации.
334
Глава 6
Результаты ускоренных испытаний позволят прогнозировать характеристики элементов на период 15...20 лет. При необходимости повышения термостойкости элементов на основе a-Si: Н потребуется модификация свойств аморфного материала. Важное значение имеют результаты Танаки и др. [130], установивших, что выделение водорода из пленок a-Si: Н можно предотвратить путем введения в них атомов аргона.
Полагают, что дальнейшие исследования позволят решить ряд вопросов, связанных с: определением зависимости плотности тока элементов от оптической ширины запрещенной зоны аморфных полупроводников; увеличением коэффициента заполнения вольт-амперных характеристик; оптимизацией параметров легированных слоев; определением уровней концентраций нежелательных примесей, при которых их отрицательное влияние сказывается на характеристиках элементов; улучшением качества омических контактов и идентификацией дефектов на поверхности и в объеме пленок аморфного кремния. Необходимо изучить влияние особенностей структуры материала на процесс переноса носителей заряда, установить зависимость качества пленок от типа реакций, протекающих на поверхности раздела плазмы с подложкой, а также исследовать возможность замены водорода (применяемого в качестве компенсирующей ‘Примеси) другими элементарными веществами или соединениями. Глубокое понимание процессов, происходящих в солнечных элементах на основе аморфного кремния, и их взаимосвязи со свойствами материала необходимо для создания высокоэффективных элементов большой площади.
Глава 7 НОВЫЕ ТИПЫ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
7.1 Введение
Помимо поликристаллического и аморфного кремния, а также сульфидов меди и кадмия, уже применяемых для изготовления тонкопленочных солнечных элементов, существует несколько других полупроводниковых материалов, таких как GaAs, CdTe, InP, Zn3P2, CdSe, Cu2Se, CuInSe2, ZnIn2Se4 и Cu20, на основе которых могут быть созданы высокоэффективные тонкопленочные фотоэлектрические преобразователи. Арсе-нид галлия и теллурид кадмия привлекли внимание исследователей еще в 60-е годы, однако из-за отсутствия уверенности в возможности получения этих материалов в необходимом количестве их изучением занимались лишь в нескольких лабораториях. В последнее время наблюдается возобновление интереса к солнечным элементам на основе GaAs и CdTe. Исследования других тонкопленочных материалов начаты относительно недавно, и, как, например, в случае InP и CuInSe2, уже после создания монокристаллических солнечных элементов с гетеропереходом (в сочетании с сульфидом кадмия CdS, образующим оптическое окно) достигнуты КПД соответственно 15 и 12,5%* Фосфид цинка 2пзР2 привлекает внимание как материал, в состав которого входят широко распространенные в природе химические элементы. Этой причиной обусловлен интерес и к органическим полупроводникам, имеющим к тому же очень низкую стоимость. Высокоэффективные тонкопленочные солнечные элементы получены на основе лишь двух из перечйсленных соединений— CuInSe2 и CdTe, причем наибольшими КПД, равными соответственно 10 и 8 %, обладают элементы с гетеропереходами, в состав которых входит сульфид кадмия, образующий оптическое окно. Определенные успехи достигнуты и при создании элементов на основе других материалов, однако они не столь существенны.
