11.4 Фотоэлементы из диселенида меди-индия (галлия)

11.4.1 Введение

Впервые об изготовлении фотоэлемента на основе диселенида меди-индия было заявлено группой ученых из научно-исследовательского центра Bell Laboratories [27]. Выбор диселенида меди-индия в качестве материала, пригодного для целей солнечной энергетики, был обусловлен тем, что этот материал обладает хорошей шириной запрещенной энергетической зоны (1,0 эВ), очень высоким коэффициентом оптического поглощения и, в теории, невысокой себестоимостью производства. Кроме этого, химические вещества необходимые для производства таких фотоэлементов имеются в достаточном количестве, а производство, применение и утилизация устройств, применяющих данную технологию, отвечают нормам экологической безопасности.

Хотя в настоящее время технология производства таких солнечных элементов предполагает использование кадмия в качестве одной из составляющих фотоэлемента, его суммарный объем является относительно небольшим, кроме того, уже ведутся поиски менее токсичных материалов, которые можно будет использовать вместо кадмия. Сложность в изготовлении фотоэлементов из диселенида меди-индия, как и в случае с другими материалами, используемыми для производства фотоэлементов на основе тонкой пленки, состоит в создании фотоэлемента с электрическим полем такой величины, которая будет достаточной для сбора электронно-дырочных пар, образующихся под воздействием фотонов. Потом необходимо нанести омические контакты, причем контакт к лицевой поверхности должен обладать высокой проводимостью и при этом должен пропускать падающие фотоны. В законченном виде устройство должно иметь прочную конструкцию и должно быть соответствующим образом герметизировано с тем, чтобы обеспечить продолжительную надежную эксплуатацию устройства.

В отличие от кремния, который был предметом исследований на протяжении нескольких десятилетий и свойства которого хорошо известны научному сообществу, представления о свойствах диселенида меди-индия изучены меньше. Например, энергетические зоны кремния были подробно исследованы и практически в любом учебнике по полупроводниковым приборам можно найти детальную информацию по данному вопросу. В то же время, вопросам, связанным с устройствами с применением диселенида меди-индия, внимание уделяется крайне редко. По мере углубления знаний об основных свойствах диселенида меди-индия в результате проведения фундаментальных исследований свойств этого материала увеличится вероятность существенного усовершенствования устройств на его основе.

По современным оценкам, при крупномасштабном производстве устройств на основе диселенида меди-индия себестоимость таких фотоэлементов может составить ≈30 руб за 1 Вт [28]. Для того, чтобы добиться такой себестоимости, необходимо максимально увеличить КПД фотоэлемента, чтобы свести к минимуму расходы, напрямую связанные с размерами фотоэлементов. К этой группе расходов относится стоимость рам для солнечных элементов, материала для остекления, герметиков и крепежа для фотоэлектрических батарей.