Тонкопленочные солнечные элементы
.pdfТонкие пленки в электронике: Материалы Х Международного симпозиума.
Ч. 1. Ярославль, 1999. С. 150–156.
77.Влияние термообработки на структуру и свойства пленок a-Si:H, полученных методом циклического осаждения / В. П. Афанасьев, А. С. Гудовских, В. Н. Неведомский и др. // ФТП. 2002. Т. 36, вып. 2. С. 238–243.
78.Исследование влияния термообработки на размеры и объемную долю nc-Si:H в аморфных пленках a-Si:H методом просвечивающей электронной микроскопии / В. П. Афанасьев, А.С. Гудовских, А. З. Казак-Казакевич, А. П. Сазанов // Алмазные пленки и пленки родственных материалов: Сб. докладов 5-го Международного симпозиума «Алмазные пленки и пленки родственных материалов», Харьковская научная ассамблея, 22–27 апреля 2002 г., Харьков, Украина. Харьков: ННЦ ХФТИ, ИПЦ «Контраст», 2002. С. 266–269.
79.High-quality wide-gap hydrogenated amorphous silicon fabricated using hydrogen plasma post-treatment / S. Okamoto, Y. Hishikawa, S. Tsuge et al // Jpn. J. ofAppl. Phys. 1994. V. 33, № 4A. P. 1773–1777.
80.Электрические и фотоэлектрические свойства слоистых пленок a-Si:H
ивлияние на них термического отжига / И. А. Курова, Н. А. Ормонт, Е. И. Теруков и др. // ФТП. 2001. Т. 35, № 3. С. 367–370.
81.Влияние нанокристаллической фазы в аморфной матрице тонкопленочного гидрогенизированного кремния на его электрофизические свойства / В. П. Афанасьев, А.С. Гудовских, А. П. Сазанов, В. В. Голубков // Тр. XVIII совещания по температуроустойчивым функциональным покрытиям (Тула, 15–17мая 2001 г.);Ч. 1. Тула:Изд-во ТГПУ им. А. Н. Толстого, 2001.С. 42–49.
82.Афанасьев В. П., ГудовскихА. С., Сазанов А. П. Осаждение и свойства пленок a-Si:H с нанокристаллическими включениями // Вакуумная техника
итехнология. 2002. Т. 12, № 1. С. 45–49.
83.Fabrication of a-Si:H/nc-Si multilayer films using Layer by Layer technique and their properties / V. P. Afanasjev, A. S. Gudovskikh, J. P. Kleider et al // Journal of Non-Crystalline Solids. 2002. V. 299–302. P. 1070–1074.
84.JacksonW. B. and Tsai C. C. Hydrogen transport in amorphous silicon// Phys. Rev. B. 1992. V. 45. P. 6564–6579.
85.Афанасьев В. П., Гудовских А. С., Сазанов А. П. Диффузия водорода в слоистых пленках аморфного гидрогенизированного кремния // Пленки – 2002: Материалы международной научно-технической конференции «Тонкие пленки и слоистые структуры», 26–30 ноября 2002 года. Ч. 2. М.: МИРЭА, 2002. – С. 84–87.
161
86.Наноструктурированные пленки a-Si:H, полученные методом разложения силана в магнетронной камере / О. А. Голикова, М. М. Казанин, А. Н. Кузнецов, Е. В. Богданова // ФТП. 2000. Т. 34. № 9. С. 1125–1128.
87.Наноструктурное модифицирование слоистых пленок аморфного гидрогенизированного кремния путем термообработки / В. П. Афанасьев, А. С. Гудовских, А. З. Казак-Казакевич, Н. А. Селюженок // Температуроустойчивые функциональные покрытия: Тр. XIX Всероссийского совещания по температуроустойчивыем функциональным покрытиям. СанктПетербург, 15–17 апреля 2003 года. СПб.: Янус, 2003. С. 18–26.
88.Исследование образования и модификации нанокристаллических включений кремния в пленках a-Si:Н методом просвечивающей электронной микроскопии / В. П. Афанасьев, А. С. Гудовских, А. З. Казак-Казакевич
идр. // ФТП. 2004. Т. 38, № 2. С. 226–229.
89.Investigation of nc-Si inclusions in multilayer a-Si:H films obtained using the layer by layer technique / A. S. Gudovskikh, J. P. Kleider, V. P.Afanasjev et al // Journal of Non-Crystalline Solids. 2004. V. 338–340. P. 135–138.
90.Фотоприемные структуры на основе аморфного гидрогенизированного кремния с нанокристаллическими включениями / В. П. Афанасьев, А. С. Гудовских, А. П. Сазанов и др. // Оптический журнал. 2001. Т. 68, № 12. С. 101–105.
91.Thin films of AlN and a-Si: H fabricated at low temperature for UV detectors / V. P. Afanasjev, A. S. Gudovskikh, V. V. Luchinin et al // Proceeding of international conference «Sensors & systems». V. 1. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2002. С. 82–86.
92.Tsuda S., Sakai S., Nakano S. Recent progress in a-Si solar cells. Appl. Surf. Sci. 1997. V. 113/114. P. 734–740.
93.Electrical propeties of n-amorphous/p-crystalline silicon heterojunctions /
H. Matsuura, T. Okuno, H. Okushi, K. Tanaka // J.Appl. Phys. 55(4). 1984.
P.1012–1019.
94.The properties of a-Si: H/c-Si heterostructures prepared by 55 khz PECVD for solar cell application / B. G. Budaguan, A. A. Aivazov, A. A. Sherchenkov et al// Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 1998. V. 485. P. 303–308.
95.a-Si: H/c-Si heterostructures prepared by 55 khz glow discharge highrate deposition technique / B. G. Budaguan, A. A. Sherchenkov, V. D. Chernomordic et al // J. of Non-Cryst. Solids. 1998. V. 227–230. P. 1123–1126.
162
96.Hack M., Shur M. Theoretical modeling of amorphous silicon-based alloy p-i-n solar cells // J. Appl. Phys. 1983. V. 54, № 10. P. 5858–5862.
97.Misiakos K., Lindholm F.A. Analytical and numerical modelling of amorphous siliconp-i-nsolar cells // J.Appl. Phys. 1988. V. 64, N 1. P. 383–385.
98.Алфёров Ж. И., Андреев В. М., Румянцев В. Д. Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики // ФТП. 2004. Т. 38, вып. 8.
С. 937–948.
99.Matsuura H. Hydrogenated amorphous silicon/crystalline silicon heterojunctions: properties and applications. IEEE Trans. On electr. Devices. V. 36. N 12 (1989). P. 2908–2914.
100.Development of a-Si/c-Si heterojunction solar cells: ACJ-HIT (artificially constracted junction-heterojunction with intrinsic thin-layer) / M. Tanaka, M.Taguchi, T. Matsuyama et al//Jpn. J.Appl. Phys.V. 31. № 11. Pt1. 1992. P. 3518–3522.
101.High-efficiency a-Si/c-Si heterojunction solar cell / T. Sawada, N.Terada, S. Tsuge et al // 1 WCPEC. Dec. 5–9, 1994. Hawaii. P. 1219–1226.
102.Jagannathan B., Anderson W. A. Defect study in amorphous silicon/crystalline silicon solar sells by thermally stimulated capacitance // J. Appl. Phys. 82(4). 1997. P. 1930–1935.
103.Rösch M., Brüggemann R., Bauer G. H. Influence of interface defects on the current-voltage characteristics of amorphous silicon/crystalline silicon heterojunction solar cells // Proc. of the 2nd World conf. on Solar energy conversion. 1998. P. 964–967.
104.Effects of very high hydrogen dilution at low temperature on hydrogenated amorphous silicon germanium / M. Shima, A. Terakawa, M. Isomura et al // J. Non-Cryst. Solids. 1998. V. 227–230. P. 442–46.
105.The influence of «starving plasma» regime on carbon content and bonds
in a-Si1–xCx: H thin films / Pereyra, M. N. Carreno, M. H. Tabacniks et al //
J.Appl. Phys. 84 (5). 1998. P. 2371–2379.
106.Hazra S., Middya A. R., Ray S. The effect of variation in hydrogen dilution and RF power density on the properties of a-SiGe: H and related solar cells. J. Phys. D:Appl. Phys. 1996. V. 29. P. 1666–1674.
107.Improved ambipolar diffusion length in a-Si1–xGex:H alloys for multi-
junction solar cells / J. Folsch, F. Finger, T. Kulessa et al // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 1995. V. 377. P. 517–522.
108. Das Debabrata, Chattopadhyay S., Barua A. K. Improved quality a- SiC: H films deposited by a combination of heated filament and rf plasma deposition technique. Solar Energy Materials and Solar Cells. 51, 1998. P. 1–8.
163
109.The properties of a-SiC:H and a-SiGe:H films deposited by 55 kHz PECVD / B. G. Budaguan, A. A. Sherchenkov, A. E. Berdnikov et al // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 1999. V. 557. P. 43–48.
110.Шерченков А. А. Свойства пленок a-(Si, Ge): H, полученных высокоскоростным методом осаждения из газовой фазы в низкочастотной плазме тлеющего разряда // Изв. вузов. Сер. материалы электронной техники. 2003.
№1. С. 48–51.
111.The properties of a-SiGe: H films fabricated by a novel deposition method / B. G. Budaguan,A.A. Sherchenkov, G. L. Gorbulin, V. D. Chernomordic // J. Phys.: Condens. Matter. 2001. V. 13, N 31. P. 6615–6624.
112.Characterization of high-rate a-SiGe: H thin films fabricated by 55 kHz PECVD / B. G. Budaguan, A.A. Sherchenkov, G. L. Gorbulin, V. D. Chernomordic // Physica B:Physics of Condensed Matter. 2003. V. 325. P. 394–400.
113.Budaguan B. G., Sherchenkov A.A., Gorbulin G. L. The properties of a-SiGe:H films deposited by 55 kHz PECVD // J. NonCryst. Solids. 2002. V. 297.
P. 205–209.
114. Low defect density a-SiGe:H alloys for Solar cells / J. P. Kleider, C. Longeaud, P. Roca i Cabarrocas et al // Proc. 2nd WCPSEC. Vienna, 1998. V. 1.
P.838–841.
115.Valladares A.A., Valladares A., McNelis M.A. The electronic structure of a-SiGe alloys: a cluster simulation, Journal of Non-Crystalline Solids. V. 226, 1998. P. 67– 75.
116.Chou Y.-P., Lee S.-C. Structural, optical, and electrical properties of hydrogenated amorphous silicon germanium alloys // J.Appl. Phys. 1998. V. 83. N 8. P. 4111–4123.
117.Terakawa A., Matsunami H. Composition dependence of inhomogeneous hydrogen bonding structures in a-SiGe:H // Jpn. J.Appl. Phys. 1999. V. 38. P. 6207–6212.
118.Influence of RF power on optical, electrical and structuralproperties of a-
SiC:H alloys grown in SiH4+CH4and SiH4+C2H2gas mixtures / G.Ambrosone,
S.Catalanotti, U. Coscia etal// Proc. 2ndWCPSEC.Vienna, 1998.V. 1. P. 770–703.
119.Synthesis of highly photosensitive a-SiC:H films at high deposition rate by plasma decomposition of SiH4and C2H2 / Y. Nakayama, S.Akita, K. Wakita,
T.Kawamura // MRS Symp Proc. V. 118. 1988. P. 73–78.
120.Алферов Ж. И. Наука и общество. СПб.: Наука, 2005. 383 с.
164
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................. |
3 |
1. ПЕРСПЕКТИВЫ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ............................... |
4 |
2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.................... |
9 |
2.1. Классификация фотоэлектрических преобразователей энергии .... |
9 |
2.2. Основные элементы фотовольтаических систем............................ |
11 |
2.3. Солнечный элемент в отсутствие освещения. Механизмы |
|
переноса.......................................................................................................... |
12 |
2.3.1. Диффузионный ток............................................................... |
13 |
2.3.2. Рекомбинационный ток........................................................ |
17 |
2.4. Солнечный элемент под освещением............................................. |
18 |
2.4.1. Фотовольтаический эффект в p–n-переходах...................... |
18 |
2.4.2. Вольт-амперная характеристика солнечного элемента |
|
под освещением...................................................................................... |
19 |
2.4.3. Основные параметры солнечного элемента........................ |
21 |
2.4.4. Факторы, определяющие КПД солнечного элемента......... |
24 |
2.4.5. Фототок, генерируемый в солнечном элементе.................. |
34 |
2.5. Параметры реальных солнечных элементов.................................. |
40 |
2.5.1. Эквивалентная схема и вольт-амперная характеристика |
|
реального солнечного элемента............................................................. |
40 |
2.5.2. Влияние температуры и радиации на параметры |
|
солнечных элементов............................................................................. |
42 |
2.5.3. Соединение отдельных солнечных элементов.................... |
44 |
3. СВОЙСТВА АМОРФНОГО ГИДРОГЕНИЗИРОВАННОГО |
|
КРЕМНИЯ И СПЛАВОВ НА ЕГО ОСНОВЕ .............................................. |
46 |
3.1. Атомная структура неупорядоченных тетраэдрических |
|
полупроводников............................................................................................ |
46 |
3.2. Модель энергетического спектра носителей заряда...................... |
48 |
3.3. Оптическое поглощение.................................................................. |
50 |
3.4. Фотогенерация и рекомбинация неравновесных |
|
носителей заряда в аморфных полупроводниках........................................ |
53 |
3.5. Транспорт носителей заряда........................................................... |
54 |
3.6. Влияние легирования на проводимость a-Si:H.............................. |
57 |
3.7. Метастабильные процессы в пленках a-Si:H................................. |
58 |
165
4. ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК |
|
НЕУПОРЯДОЧЕННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ........................................ |
59 |
5. ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ И СВОЙСТВА |
|
МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ.............................................. |
62 |
6. НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ ПЛЕНКИ АМОРФНОГО |
|
ГИДРОГЕНИЗИРОВАННОГО КРЕМНИЯ.................................................. |
67 |
6.1. Технология получения пленок a-Si:H и модифицирование |
|
их структуры .................................................................................................. |
68 |
6.1.1. Технологический комплекс для получения пленок |
|
a-Si:H и его модернизация..................................................................... |
68 |
6.1.2. Получение пленок a-Si:H методом плазмохимического |
|
осаждения............................................................................................... |
70 |
6.1.3. Циклический метод осаждения пленок a-Si:H |
|
с промежуточной обработкой в водородной плазме ............................ |
74 |
6.2. Свойства наноструктурированных слоистых пленок a-Si:H, |
|
содержащих нанокристаллические включения............................................ |
79 |
6.3. Влияние термообработки на свойства наноструктурированных |
|
слоистых пленок а-Si:H................................................................................. |
92 |
7. ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ, КОНСТРУКЦИИ |
|
И ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ |
|
НА ОСНОВЕ A-SI:H..................................................................................... |
100 |
7.1. Солнечные элементы с p–i–n-структурой ..................................... |
101 |
7.2. Механизмы переноса носителей и темновая вольт-амперная |
|
характеристика СЭ на основе аморфных полупроводников....................... |
106 |
7.3. Теоретический расчет вольт-амперной характеристики СЭ |
|
с p–i–n-структурой в темноте и под освещением........................................ |
109 |
7.3.1. Заряд в полупроводнике...................................................... |
111 |
7.3.2. Скорость генерации............................................................. |
112 |
7.3.3. Скорость рекомбинации...................................................... |
112 |
7.4. Каскадные солнечные элементы.................................................... |
117 |
7.5. Солнечные элементы на основе гетероструктур a-Si:H/c-Si........ |
121 |
8. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ И СТАБИЛЬНОСТИ |
|
ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СЭ НА ОСНОВЕ НЕУПОРЯДОЧЕННЫХ |
|
ПОЛУПРОВОДНИКОВ................................................................................ |
123 |
8.1. Основные направления повышения эффективности |
|
солнечных элементов.................................................................................... |
123 |
166
8.2. Повышение стабильности основных параметров СЭ |
|
на основе неупорядоченных полупроводников........................................... |
128 |
9. ПРОИЗВОДСТВО МОДУЛЕЙ СЭ НА ОСНОВЕ |
|
НЕУПОРЯДОЧЕННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ....................................... |
132 |
9.1. Рулонная технология изготовления модулей СЭ.......................... |
132 |
9.2. Изготовление модулей СЭ на стеклянной подложке.................... |
134 |
9.3. СЭ на гибкой основе ...................................................................... |
134 |
10. ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ МОДУЛИ |
|
НА ОСНОВЕ АМОРФНОГО И МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО |
|
КРЕМНИЯ ПО ТЕХНОЛОГИИ И НА ОБОРУДОВАНИИ |
|
ФИРМЫ «OERLIKON SOLAR» .................................................................. |
137 |
10.1. Сравнительный анализ существующих на сегодняшний день |
|
тонкопленочных технологий для преобразования солнечной энергии |
|
в электроэнергию.......................................................................................... |
139 |
10.2. Солнечные элементы на основе аморфного кремния................. |
141 |
10.3. Описание разработок технологии фирмы «Oerlikon Solar» |
|
по производству солнечных модулей на основе аморфного |
|
и микрокристаллического кремния (www.oerlikon.com) ............................ |
142 |
10.4. Ключевые особенности технологических процессов, |
|
используемых «Oerlikon Solar».................................................................... |
151 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................... |
155 |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................... |
156 |
167
Научное издание
Афанасьев Валентин Петрович, Теруков Евгений Иванович,
Шерченков Алексей Анатольевич
Тонкопленочные солнечные элементы
на основе кремния
Компьютерная верстка М. В. Егоровой
Редактор О. Е. Сафонова
Подписано в печать 15.03.11. Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная.
Печать офсетная. Гарнитура «Times New Roman». Печ. л. 10,5. Тираж 100 экз. Заказ 37.
Отпечатано с готовыхдиапозитивов. ООО «Новый век»
194017, Санкт-Петербург, ул. Рашетова, д. 11, лит. А, пом. 8-Н
168