
- •Глава 11 Фотоэлементы, применяемые в настоящее время, и опытные разработки.
- •11.1 Введение
- •11.2 Кремниевые фотоэлементы
- •11.2.1 Получение чистого кремния [4]
- •(По материалам Ciszek, t.F., 1988, © ieee.)
- •11.2.2 Фотоэлементы из монокристаллического кремния
- •11.2.3 Фотоэлементы из поликристаллического кремния
- •11.2.4 Кремниевые фотоэлементы с утопленными/скрытыми контактами
- •11.2.5 Другие виды фотоэлементов из тонкослойного кремния
- •11.2.6 Фотоэлементы из аморфного кремния
- •11.3 Фотоэлементы из арсенида галлия
- •11.3.1 Введение
- •11.3.2 Получение чистых компонентов для производства фотоэлементов
- •(По материалам Энциклопедии химической технологии Кирка-Отмера, 2-е издание, © 1968 Изд. «Джон Вайли и сыновья». Использовано с согласия издательства)
- •11.3.3 Производство фотоэлементов из арсенида галлия
- •Приведено в Таблице 11.1
- •11.3.4 Производительность фотоэлемента
- •11.4 Фотоэлементы из диселенида меди-индия (галлия)
- •11.4.1 Введение
- •11.4.2 Получение чистых компонентов для производства фотоэлементов
- •11.4.2 Производство фотоэлементов из диселенида меди-индия (cis)
- •11.4.4 Производительность фотоэлемента
- •11.5 Фотоэлементы из теллурида кадмия
- •11.5.1 Введение
- •11.5.3 Изготовление фотоэлемента из теллурида кадмия
- •11.5.4 Производительность фотоэлемента
- •11.6 Новые разработки в области производства фотоэлементов
- •11.6.1 Новые разработки в технологии изготовления фотоэлементов на основе кремния
- •11.6.2 Коллекторы на базе семейства фотоэлектрических устройств из диселенида меди-индия
- •11.6.3 Новейшие технологии с использованием химических элементов III-V и II-VI групп.
- •11.6.4 Другие технологии
- •11.6.5 Заключение
- •Приложение а Показатели среднесуточной солнечной освещенности в некоторых населенных пунктах разных стран
- •Приложение б частичной перечень интернет сайтов, посвященных вопросам фотоэлектрической энергии
- •Приложение с контрольный перечень требований для контроля проектной документации
11.2.4 Кремниевые фотоэлементы с утопленными/скрытыми контактами
В 1984 году группа ученых из Университета
Нового Южного Уэльса, возглавляемая
исследователями Грином и Венхамом
совершили прорыв в области кремниевых
фотоэлементов с утопленными контактами,
лицензию на использование их научной
разработки теперь имеют несколько фирм
в разных странах мира [11]. Предложенная
ими технология состоит в использовании
нескольких слоев из материалов n-
иp-типа, уложенных
попеременно, при этом толщина каждого
слоя составляет порядка 1м,
а соединены они между собой при помощи
вырезанных лазером желобков, в которых
и помещены металлические контакты. На
рисунке 1.6 приведена последовательность
этапов изготовления такого фотоэлемента.
Рисунок 11.6 Последовательность этапов изготовления фотоэлементов из тонкослойного кремния с использованием утопленных контактов (любезно предоставлено М. Грином)
Сначала берут подложку из изоляционного материала (1), на который последовательно выкладываются слой из диэлектрика, затем попеременно слоями кремний n- иp-типа, и далее еще один слой из диэлектрика (2). Затем в полученном материале при помощи лазера вырезаются тонкие бороздки, стенки которых затем подвергают сильному легированию с тем, чтобы обеспечить наличие контакта ко всем слоям из материала одного типа (будь тоn- иp-материал) (3). Далее снова при помощи лазера изготовляется еще одна серия бороздок, которые в некоторых местах частично совпадают/пересекаются с теми, что были изготовлены на предыдущем этапе, стены этих бороздок тоже легируют, но уже с противоположной полярностью для образования контактов с оставшимися слоями (4). Вторая серия бороздок нужна для того, чтобы у части бороздок стенки были из материалаn-типа, а у части – из материалаp-типа, при этом у некоторых бороздок одна стенка из материалаn-типа, а вторая – из материалаp-типа. Заключительный этап состоит в заливке желобков металлом, для этих целей используется сплав из никеля, меди и серебра. В результате этого обеспечивается параллельное соединение между всеми слоямиn-типа, параллельное соединение между слоямиp-типа, а также образуется последовательное соединение между слоямиn- иp-типа примыкающих солнечных элементов (5), в результате чего потребность в использовании внешней проводки для последовательного соединения фотоэлементов отсутствует.
Изготовление скрытых контактов становится возможным благодаря использованию тонкослойного кремния, а получаемое в результате преимущество состоит в том, что скрытые контакты закрывают значительно меньшую площадь поверхности солнечного элемента, чем контакты, закрепленные непосредственно на поверхности элемента. Кроме этого, так как утопленные контакты также играют роль соединителей между фотоэлементами, потребность в выполнении соединений между фотоэлементами отпадает и дополнительно обеспечивается более высокая надежность контактов.
Наверное, наиболее любопытной особенностью фотоэлементов из тонкослойного кремния с использованием утопленных контактов является тот факт, что расположенные один над другим слои кремния n- иp-типа имеют параллельное соединение, а не последовательное, что является типичным для каскадных солнечных элементов. После того как вблизи какого-либо изpn-переходов образуются электронно-дырочные пары, изn-области в областьn+ток движется горизонтально, далее вертикально из областиp- в областьp+и затем ток поступает на утопленные контакты. Эффективность собирания у солнечного элемента такой конструкции является очень высокой, так как любая электронно-дырочная пара, появляющаяся в результате воздействия фотонов, появляется в пределах диффузионной длины от перехода. Кроме этого, так как переходы находятся на таком близком расстоянии, качество материала не должно быть таким же высоким как в случае с фотоэлементами из более толстого материала. Отсутствие необходимости изготавливать слитки и пластины приводит к существенному снижению себестоимости производства. При наличии двух проводящих каналов, ведущих к контактам, носители заряда имеют свойство перемещаться в канал с наименьшим сопротивлением, что в результате обеспечивает высокие коэффициенты заполнения.
По имеющимся данным, КПД устройства с такой структурой фотоэлемента может достигать 24,7 %, а КПД плоского солнечного модуля может составлять 22,7 % [12].