Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
p3 / сонячны елементи.doc
Скачиваний:
12
Добавлен:
23.02.2016
Размер:
2.14 Mб
Скачать

7.2.1 Процес виготовлення

Тонкі плівки GaAs отримуються методом хімічного осадження з парової фази [6-14], в тому числі з парів металоорганічних сполук [11 -14], і на їх основі створюють елементи з гомогенним переходом [6], гетероструктурою і гетеропереходом [11], бар'єром Шотткі [7, 9, 12-14], а також структурою метал - діелектрик - напівпровідник [7, 10]. В якості підкладок застосовують леговані цинком монокристали p+-GaAs, поверхня яких орієнтована d напрямку <100> [6], і леговані кремнієм монокристали GaAs з аналогічною орієнтацією поверхні [111]; крім того, використовують підкладки з графіту (без будь-яких покриттів [8] і з шаром вольфраму [7, 9, 10]) і молібдену [12-14]. Монокристалічні підкладки мають високу вартість і служать виключно для дослідницьких цілей.

Тонкоплівкові елементи на основі GaAs зі структурою метал - оксид - напівпровідник, як правило складаються з шарів Аu - оксид - n-GaАs - n+-GaAs -W - графіт, виготовляють таким чином [7]. Плівку GaAs осаджують на покриту шаром вольфраму графітову підкладку хімічним методом з парів Gа, НС1 і АsН3 із застосуванням водню в якості газoносія. Температура підкладки становить 750 ... 775 °С, а температура джерела осаждуваної речовини (Ga) - 800 ... 900 °С. Швидкості потоків НС1, АsН3 і Н2 рівні відповідно 45 мл/хв, 90 мл/хв і 1 л/хв. В утвореному шарі n-GaАs товщиною 20 мкм значення концентрації носіїв заряду коливаються в межах 5 • 1016 ... 1017 см-3. При введенні в хімічно активну суміш газоподібного сірководню Н2S отримують легований сіркою шар n+-GaAs товщиною 3 ... 5 мкм з концентрацією носіїв 2 • 1018 ... 5•1016 см-3, який забезпечує низький (10-3 Ом) контактний опір між елементом і підкладкою. Термообробка зразка в атмосфері кисню або суміші кисню з аргоном тривалістю 0,5 ... 1 год при температурі 200 ° С, здійснeна безпосередньо після осадження плівки GaAs, призводить до формування на її поверхні шару оксиду, вирощування якого продовжують потім в кисні, насиченому водяною парою, при температурі 30 °С протягом 8 ... 12 год [8].

Для поліпшення характеристик елементів перед окисленням плівки GaAs на її поверхню осаджують шар GaAs1-xPx змінного складу товщиною 1 мкм в процесі хімічної реакції між Ga, НС1, АsН3 і РН3 [7]. Потім методом вакуумного випаровування при тиску менше 10-4 Па наносять плівку золота товщиною 6 ... 10 нм і за допомогою випаровування (через металеву маску) срібла створюють контактну сітку. За допомогою гідролізу тетраізопропілтітаната в атмосфері аргону при температурі 80 ... 100 °С створюють шар ТiO2 товщиною 60 ... 70 нм, який служить покриттям елемента [8].

7.2.2 Фотоелектричні характеристики

Згідно з даними Бозлера і Фена [6], сонячні елементи (забезпечені прояснюючим покриттям) з гомогенним переходом на основі арсеніду галію, що вирощується на монокристалічних підкладках методом хімічного осадження з парової фази, в умовах AMI (інтенсивність випромінювання - 100 мВт/см2) мають ККД 15,3% при VОС = 0,91 В, і Isc = 10,3 мА і FF = 0,82. Нещодавно Фен та ін. [6] повідомили про те, що при використанні технологічного процесу CLEFT ККД тонкоплівкових сонячних елементів на основі GaAs підвищується до 17%. У сонячних елементів з гетероструктур GaAlAs - p-GaAs - n-GaAs (без просвітлюючого покриття), створених на кристалічних підкладках з легованого кремнієм арсеніду галію методом хімічного осадження з пари металоорганічних сполук, в умовах АМ0 при інтенсивності світла 128 мВт/см2 отримані наступні характеристики : VОС = 0,99 В, Isc = 24,5 мА/см2, FF = 0,74 i η = 12,8% [11].

ККД тонкоплівкових елементів з бар'єром Шотткі площею 8 см2 на основі арсеніду галію, що вирощується на покритих шаром вольфраму графітових підкладках методом хімічного осадження з парової фази, становить близько 3% [9], причому в умовах AMI Vоc = 0,456 В, Іsc = 10, 4 мА/см2 і FF = 0,59. Слід зазначити, що параметри конструкцій цих елементів не оптимізовані. Вернон та ін. [13] виготовили сонячні елементи з бар'єром Шотткі на молібденових підкладках методом хімічного осадження GaAs з парів металоорганічних сполук і в умовах AM1 отримали ККД 4,3%, Vоc =0,39 В, Іsc=19 мА/см2 і FF = 0,58. Елементи аналогічного типу з пасивувованими (за допомогою анодування) межами зерен володіють кращими характеристиками: при відсутності просвітлюючого покриття в умовах AM1 їх ККД становить 5,45% при Vоc = 0,49 В, Іsc = 20,6 мА/см2 і FF = 0, 54 [14].

Чу і ін. [7, 10] виготовили сонячні елементи зі структурою метал - оксид - напівпровідник (площею 9 см2) за допомогою нанесення на графітову підкладку з покриттям з вольфраму методом хімічного осадження з парової фази шарів п-GaAs - п+-GaAs, ККД яких в умовах AM1 досягає 4,4%. Елементи, не забезпечені просвітлюючим покриттям, мають Vоc = 0,45 ... 0,52 В, Іsc = 11 ... 13,4 мА/см2 і FF = 0,55 ... 0,68. При осадженні на поверхню шар п-GaAs тонкої плівки GaAs1-xPх їх напруга холостого ходу підвищується до 0,63 В, а ККД - до 5% (при густині струму короткого замикання 13,3 мА/см2). Вважають, що при нанесенні просвітлюючого покриття ККД елементів збільшиться до 7,5%. Отримані цими ж авторами методом хімічного осадження з парової фази (на графітових підкладках) сонячні елементи зі структурою метал - оксид - напівпровідник площею 9 см2 при наявності просвітлюючого покриття в умовах AM1 мають ККД 6,1%, якому відповідають Voc = 0,5 В, Іsc = 18 мА/см2 і FF = 0,675.

Нещодавно виготовлені тонкоплівкові полікристалічні сонячні елементи площею 9 см2 на основі шарів GaAs товщиною 10 мкм (середній розмір зерен становить -5 мкм) з ККД до 8,5% при Voc = 0,56 В, Іsc = 22,7 мА/см2 і FF = 0,67 [41].

Повідомлялося про створення сонячних елементів на основі монокристалічних плівок GaAs товщиною 8 мкм, вирощених на монокристалах арсеніду галію [41]. Після виготовлення елементи кріпилися до скляної пластини, відокремлювалися від підкладки, а потім на тильну поверхню наносився металевий контакт. При загальній площі 0,4 см2 елементи мали наступні вихідні параметри: Voc = 0,92 В, Іsc = 22,0 мА/см2, FF = 0,73 і η = 15%.

Вимірювання спектральних характеристик чутливості тонкоплівкових сонячних елементів зі структурою метал - оксид - напівпровідник на основі GaAs показують, що найбільш високі значення коефіцієнта збирання носіїв (без урахування відбиття світла від поверхні елемента), що складають 0,6 ... 0,7, відповідають інтервалу довжин хвиль 0,6 ... 0,7 мкм [8]. Значення ефективної дифузійної довжини неоснових носіїв заряду, знайдені з виміряних спектральних характеристик чутливості, знаходяться в межах 0,5 ... 0,8 мкм.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.