Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Тонкопленочные солнечные элементы

.pdf
Скачиваний:
1006
Добавлен:
07.02.2015
Размер:
6.5 Mб
Скачать

Тонкие 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 pn-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 pin-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 pin-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