11.4.2 Производство фотоэлементов из диселенида меди-индия (cis)
Несмотря на то, что из диселенида меди-индия можно изготовить как переход n-типа, так и переход p-типа, однородные переходы в полупроводниковых материалах не отличаются ни стабильностью, ни эффективностью. При этом, хороший переход можно получить, если это будет гетеропереход из сульфида кадмия с проводимостью n-типа и диселенида меди-индия с проводимостью p-типа.
В идеале, рядом с переходом должен располагаться слой материала с квазисобственной электропроводностью с тем, чтобы обедненный слой, который будет улавливать электронно-дырочные пары, был как можно более широким. Диффузионная длина носителей заряда может достигать 2 μм, что сопоставимо с толщиной самой пленки. На Рис. 11.13 изображено строение базового фотоэлемента из ZnO/CdS/CIGS/Mo. Еще раз напомним, что технология производства тонкопленочных фотоэлементов на основе диселенида меди-индия-галлия (CIGS) благодаря работе исследовательских групп по развитию фотоэлектричества с использованием тонкопленочных материалов развивается очень быстрыми темпами, поэтому, вполне возможно, что когда читатель будет знакомиться с содержанием данного раздела, приведенная на Рис 11.13 схема строения фотоэлемента устареет и сможет лишь служить иллюстрацией того, как развивались технологии производства тонкопленочных фотоэлементов, и какие проблемы на этом пути возникали.
Для производства базового фотоэлемента, изображение которого приведено на Рис. 11.13, потребовалось задействовать десяток химических и физических процессов: высокочастотное и реактивное напыление, химическое осаждение из паровой (газовой) фазы, выпаривание в вакууме, нанесение покрытия методами распыления и электроосаждения. Иногда эти процессы осуществляются последовательно, а в ряде случаев – одновременно.
Рисунок 11.13 Типовая конструкция фотоэлемента из диселенида меди-индия-галлия на основе тонкопленочной технологии [35,36]
В процессе физического осаждения из паровой фазы (благодаря использованию которого в лабораторных условиях удалось добиться рекордно высокого К.П.Д. фотоэлемента), компоненты солнечного элемента осаждаются в условиях достаточно высокого вакуума порядка 10-6 торр. В процессе физического осаждения из паровой фазы четыре элемента можно испарить либо одновременно, либо последовательно и затем подвергнуть воздействию селена, или же испарять последовательно в присутствии селена. В процессе осаждения из паровой фазы температура стеклянной заготовки с напылением на стекло из натриевой извести поддерживается в диапазоне от 300 до 600°С.
Изготовление омического контакта к лицевой поверхности фотоэлемента не представляет сложности, обычно оксид цинка хорошо справляется со своей функцией так как он прозрачен. Сложность состоит в том, чтобы добиться достаточно высокой проводимости, при этом не поглотив ни одного из падающих фотонов. Зачастую, оксид цинка наносят двумя слоями. Слой, соприкасающийся со стеклом, обычно обладает ярко выраженной проводимостью n-типа, при этом с сульфидом кадмия контактирует очень тонкий слой с собственной проводимостью. Более сильнолегированный слой имеет высокую проводимость (в районе 4 Ом/квадрат), в результате чего тонкий слой с собственной проводимостью играет роль пассивирующего слоя между тонким слоем из сульфида кадмия и прозрачным проводящим оксидом, но при этом является достаточно тонким для того, чтобы не препятствовать эффективному перемещению электронов в направлении проводящего оксидного слоя.