Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Анализируя зависимости С"2 от V солнечных элементов, изготовленных методом пульверизации с последующим пиролизом, Дас и др. [74] установили, что концентрация носителей вблизи перехода составляет около 1,5 • 1015 см-3, а в объеме CdS— 1018 см-3. Согласно расчетам, ширина обедненного слоя равна
— 0,9 мкм. В солнечных элементах, полученных с помощью вакуумного испарения, значения концентрации носителей вблизи перехода и в объеме CdS равны соответственно 3,5-1016 и 3 • 1017 см-3, а ширина обедненного слоя составляет 0,12 мкм. Значения диффузионного потенциала для элементов, создаваемых методами пульверизации с последующим пиролизом и
248
Глава 4
V, В V, В V в
а 5 в
Рис. 4.9. Зависимость С~2 солнечного элемента на основе Cu2S—CdS, изготовленного методом пульверизации, от напряжения смещения V (емкость С измерена в нф) (а) [74]; кривые зависимости солнечных элементов со структурой Cu2S—CdS, полученных методом вакуумного испарения, с нетравленым (б) и травленым (в) слоями CdS, от напряжения смещения V при различной продолжительности t термообработки (удельная емкость Суд измерена в Ф/м2) [76].
вакуумного испарения, равны 0,96 В и 0,87 В. У солнечных элементов, изготовленных С.ццгхом [29] посредством пульверизации, ширина обедненного слоя при отсутствии освещения составляет 0,74 мкм, а при воздействии светового потока, отвечающего условиям АМ1, — 0,23 мкм. Плотность пространственного заряда в этих элементах изменяется от 1,4 • 1015 см-3 (в темноте) до
1,2 • 1016 см-3 (при освещении), а расчетное значение, диффузионного потенциала равно 0,8 В. После дополнительной термообработки темновая плотность пространственного, заряда повышается., до 2,4 U015 см~3. Согласно результатам измерений Холла и Сингха [75], тонкопленочные элементы, изготовленные методом вакуумного испарения в сочетании с мокрым химическим процессом, после термообработки на воздухе при температуре 240. °С. в течение 45 с, имеют плотность пространственного заряда 8,9- 1019 см~3, которая уменьшается до 2,5 ? 1Q19 см-^ после пятиминутной термообработки. Авторы отмечают, что по. мере увеличения продолжительности термсюбрабдтки до Л 5 мин точка пересечения, экстраполированной зависимрсти С~2 от V с .осью, напряжений удаляется от начала координат. При длительности отжига, превышающей. 15.. мин, емкость перестает зависеть от напряжения, что делает невозможным, определение, платности пространственного заряда.
Пфистере.р,; и др. [68] установили, что а* неотожженных cqjj-н^чных э^емецтдд. цд. основе Cu2§—CdS .д плоским п§реходом: (yf ^о^ор^1х,.!слойХ48 т хранению).' ерзда^аеэдых
методом вак^уаддош испарения в. сочетании е> мокрым процее-
Солнечные элементы на основе сульфида меди
249
сом, концентрация носителей достигает 1 • 1017.. . 1,5Х Х1018 см-3. При увеличении продолжительности термообработки графики зависимости С"2 от V смещаются относительно друг друга, а их наклон незначительно возрастает (см. рис. 4.9,6).
У элементов с непланарным переходом (с протравленным слоем CdS) этот эффект, как показано на рис.
4.9, в, выражен более ярко.
Андерсон и Джонат [58] сообщали, что ширина слоя пространственного заряда насыщается на уровне
— 0,48 мкм; это значение с достаточно высокой степенью точности совпадает с толщиной (0,5 мкм) нелегированного высокоомного слоя CdS в полученных авторами методом ионного распыления солнечных элементах со структурой C112S — CdS (нелегированный слой)—CdS (слой, легированный индием). Согласно данным Мартинуцци и др. [56], в элементах, изготовленных методом пульверизации с последующим пиролизом, ширина обедненного слоя равна ~2 мкм, а концентрация доноров составляет 1014...1015 см-3 — внутри слоя CdS и
1015... 1016 см~3 — у поверхности раздела.
Аналогичные результаты получены сотрудниками университета шт. Делавэр [42, 64]. Как показали расчеты, плотность пространственного заряда изменяется от 5 • 1015 см-3 (у поверхности раздела) до значения порядка 1017 см~3 (в объеме слоя CdS). При наличии освещения плотность пространственного заряда вблизи поверхности раздела возрастает до 1,4 • 1016 см-3, а после термообработки ее значение уменьшается до 2- 1015см“3.
Рис. 4.10. Спектральная зависимость емкости С тонкопленочного солнечного элемента на основе Cu2S—CdS (а), зависимость его удельной емкости Суд от интенсивности излучения Н (б) [65, 79] и кривые зависимости коэффициента увеличения Ар площади перехода от обратного напряжения смещения V при различной продолжительности термообработки (в) [76].
250
Глава 4
Ширина слоя пространственного заряда в результате отжига увеличивается с 0,1 до 0,5 мкм. Спектральная характеристика емкости освещенного элемента, показанная на рис. 4.10, а, содержит области спада и резкого повышения емкости. Зависимость емкости от интенсивности излучения представлена на рис. 4.10, б. При вариациях интенсивности света наблюдается ллавное изменение емкости, причем при низких уровнях освещенности она становится сравнимой по величине с емкостью неосвещенного элемента [64].
Для интерпретации вольт-фарадных характеристик некоторые авторы использовали модель элемента с компенсированной областью вблизи границы раздела, образующейся в процессе термообработки вследствие диффузии меди в сульфид кадмия. Неотожженные элементы имеют линейную зависимость С~2 от V, характерную для резкого гетероперехода. Поскольку Cu2S по своим свойствам приближается к вырожденным полупроводникам, можно считать, что падение напряжения происходит главным образом в обедненном носителями слое пленки CdS. При благоприятных условиях термообработки, обеспечивающих высокую степень компенсации материала, ширина обедненного слоя увеличивается, в результате чего график зависимости С~2 от V смещается параллельно исходной кривой. В соответствии с уравнением (1.7) величину С~2 можно представить в виде суммы нескольких слагаемых, одно из которых зависит от напряжения.
