Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
На рис. 7.6 изображена кривая спектральной зависимости коэффициента собирания носителей заряда в тонкопленочном солнечном элементе на основе CuInSe2—CdS с переменным уровнем легирования, имеющем КПД 9,53 % [54]. Коэффициент собирания Q имеет высокие (более 0,85) и почти одинаковые значения в интервале длин волн >.=
= 0,60...0,95 мкм (вся область чувствительности элемента охватывает диапазон й, = 0,5... 1,1 мкм). Спектральное распределение коэффициента собирания носителей в элементе с КПД 5,7 %, изготовленном Казмерски и др. [54], однородно при Х = 0,58... ... 1,3 мкм, однако значения Q в этой области существенно ниже <0,50... 0,55).
Рис. 7.5. Вольт-амперная характеристика тонкопленочного солнечного элемента на основе p-CuInSe2 — /г-CdS с переменным уровнем легирования, измеренная в условиях АМ1 при интенсивности излучения 101,5 мВт/см2 [54].
Рис. 7.6. Кривая спектральной зависимости коэффициента собирания Q носителей заряда в тонкопленочном солнечном элементе на основе CuInSe2—CdS [54].
358
Глава 7
Балдхаупт и др. [54] подробно изучили влияние термообработки, осуществляемой при температуре 200 °С и различном составе атмосферы, на характеристики элементов. Авторы отмечают, что в результате отжига ток короткого замыкания возрастает независимо от состава окружающей среды, в то время как напряжение холостого хода и коэффициент заполнения вольт-амперной характеристики увеличиваются при термообработке в смеси водорода с аргоном или на воздухе и понижаются при отжиге в чистом водороде или вакууме.
Казмерски и др. [57] исследовали методом оже-спектроско-пии тонкопленочные солнечные элементы на основе CuInSe2 — CdS, изготовленные в едином технологическом цикле и подвергнутые термообработке продолжительностью 2 ч при температуре 600 К- Авторы установили, что кадмий диффундирует из CdS в пленку трехкомионентного соединения CuInSe2. Энергия активации этого процесса равна 1,5 эВ, а коэффициент диффузии атомов кадмия составляет 10~6 см2/с. При температурах, не превышающих 575 К, диффузия меди в CdS почти не наблюдается. Поскольку при низких температурах CuInSe? существует в виде единственной фазы, а атомы меди, находящиеся в кристаллической решетке халькопирита, прочно связаны с другими атомами, элементы на основе CuInSe2 — CdS должны обладать большей стабильностью, чем приборы со структурой Cu2S — CdS [53]. Всесторонних испытаний солнечных элементов на основе CuInSe2 — CdS не проводилось, однако, учитывая, что за период, равный нескольким неделям, их напряжение холостого хода и ток короткого замыкания уменьшаются незначительно, можно предположить, что эти элементы относительно стабильны.
Свойства переходов в солнечных элементах на основе CuInSe2 — CdS подробно не изучались. Согласно имеющимся данным [53], ток, проходящий в прямом направлении, связан с напряжением экспоненциальной зависимостью, а диодный коэффициент равен 1,9. ..2,1, что свидетельствует о преобладании рекомбинационно-генерационного механизма дротекания тока. Балдхаупт и др. {54] выполнили анализ потерь энергии в высокоэффективных элементах с переменным уровнем легирования. Авторы установили, что последовательное сопротивление элементов составляет 1,2 Ом, шунтирующее сопротивление— 105 Ом, плотность обратного тока насыщения — 1,8 - 10~7 А/см2 и диодный коэффициент—1,3. По их мнению, уменьшение последовательного сопротивления до 0,5 Ом позволит повысить КПД до 10,6%. Исследована возможность создания солнечных элементов данного типа, содержащих слой ZnCdS вместо CdS. У тонкопленочных элементов со структурой CuInSe^—ZnCdS площадью 1 см2 получен КПД 10% [58].
Новые типы солнечных элементов
359
В заключение следует отметить, что разработано несколько новых трех-, четырех- и пятикомпонентных соединений меди, предназначенных для изготовления солнечных элементов. Фотоэффект обнаружен в тонкопленочных структурах с гетеропереходами /?-CuInTe2— п-CdS и /?-CuInS2— п-CdS, созданных методом вакуумного испарения [45]. У элементов на основе CuInS2 КПД достигает 2,55%. Тонкопленочные солнечные элементы на основе CdS — CuGaSe0,9oTe0,io [56], полученные с помощью вакуумного испарения в сочетании с ионным распылением, имеют Vос== 0,5 В, /sc = 0,9 мА/см2, FF = 0,35 и т] = 0,1 %. При использовании крупнозернистых керамических пленок VOC = 0,43 В, Jsc = 26 мА/см2 и FF = 0,40. Методом пульверизации с последующим пиролизом созданы четырех- и пятиком-понентные сплавы CuInSSe и CuAglnSSe, которые согласуются с CdS по параметрам кристаллических решеток и значениям ширины запрещенной зоны. Однако солнечные элементы на основе этих материалов еще не изготовлены.
7.8 Оксид меди (Си20)
Оксид меди, имеющий «прямую» запрещенную зону шириной 1,95 эВ, вполне подходит для преобразования солнечного излучения. Элементы на основе Си20 обладают невысокой эффективностью, однако интерес к исследованию этого материала обусловлен чрезвычайно низкой стоимостью процесса его получения. Соответствующим образом ориентированные пленки Си20 могут быть выращены посредством нагрева медной подложки на воздухе при температуре 1050°С. При этом на границе раздела Си и Си20 образуется барьер Шоттки [59]. Изготовление тыльно-барьерного солнечного элемента (с барьером Шоттки) на основе Си — Си20 завершается созданием омического контакта к пленке Си20. Для получения фронтальнобарьерного элемента поверхностный слой пленки Си20 восстанавливают, в результате чего образуется переход Си — Си20. Структура с барьером Шоттки образуется также и при нанесении на поверхность пленки Си20 слоя металла.
