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

7.2.3 Аналіз характеристик переходу

Вивченню електронних властивостей переходів і їхньої залежності від структурної досконалості плівок в сонячних елементах на основі GaAs присвячено лише кілька робіт. Чу і ін. [8] виміряли вольтамперні і вольтфараднi характеристики елементів зі структурою метал - оксид - напівпровідник (виготовлених на підкладках з графіту) , виходячи з яких визначили відповідно діодний коефіцієнт (п = 2,3) і висоту бар'єру (Фв = 1,0 ... 1,02 еВ). Вважають, що в елементах зі структурою метал - оксид - напівпровідник, одержаних на покритих шаром вольфраму графітових підкладках [7], процес протікання темнового струму (густина зворотного струму насичення становить ~10-10 А/см2) обумовлений рекомбінацією носіїв на границях зерен. Однак під впливом границь зерен фотострум зменшується незначно. При введенні цинку дифузійним методом в область границь зерен відбувається компенсація донорних рівнів, і завдяки цьому усувається ефект шунтування переходу [10]. Високі значення напруги холостого ходу сонячних елементів зі структурою метал - оксид - напівпровідник на основі GaAs1-xPx - n-GaAs – n+-GaAs забезпечує великy висотy бар'єру. Згідно з результатами вимірювань вольтфарадних характеристик, Фв = 1,2 еВ, що на 0,2 еВ більше висоти бар'єру у елементів з такою ж структурою, але на основі лише n-GaAs. При наявності шару GaAs1-xPx густина зворотного струму насичення зменшується на порядок величини.

Гандхі та ін.. [12, 14] встановили, що сонячні елементи з бар'єром Шотткі мають по суті аналогічні характеристики. Значення їх діодного коефіцієнта дорівнюють 2,7 і 1,3 відповідно при низьких і високих прямих напругах зсуву. При п = 1,3 густина зворотного струму насичення становить 10-6 ... 10-8 А/см2. Висота бар'єру, знайдена за результатами виміряних темнових вольтамперних характеристик при різних температурах, рівна 0,85 еВ. Концентрація носіїв, визначена за допомогою вольтфарадних характеристик (при зворотній напрузі зсуву), становить 6 • 1016 см-3. Особливості темнових вольтамперних характеристик можна пояснити, припустивши, що протікання струму обумовлено рекомбінацією носіїв заряду на границях зерен. Однак, оскільки в процесі осадження плівки в область границь зерен впроваджується велика кількість домішки, їх вплив на процес збирання носіїв виявляється несуттєвим. Ефект шунтування переходу межами зерен, що приводить до збільшення зворотного струму насичення, послаблюється завдяки їх пасивації за допомогою виборчого анодування. Авторами робіт [12, 14] відмічено існування залежності фотоструму від напруги зсуву, що може бути викликано рекомбінацією носіїв на енергетичних станах в області межі розділу металу і напівпровідника.

7.3 Телурид кадмію (CdTe)

Телурид кадмію має сприятливу для ефективного перетворення сонячного випромінювання ширину забороненої зони (1,44 еВ) і відноситься до напівпровідників з прямими оптичними переходами. Він є одним з небагатьох сполук елементів II - VI груп періодичної системи, які можуть володіти провідністю як п- так і р-типу. Граничний теоретичний ККД елементів з гетеропереходів n-CdTe – p-CdTe становить близько 17%. Внаслідок цього інтерес до телуриду кадмію не слабшає. Сонячні елементи, в яких СdТе застосовується як фотоактивний шар, можна розділити на три групи: 1) елементи, виготовлені на масивних підкладках з моно- або полікристалічного телуриду кадмію, з гомопереходом [15, 16] або гетеропереходом, що утворюється при наявності вікна з СdS [17-20], ZnCdS [17, 18], ITO [17, 18, 21, 22], SnOx [23], ZnO [18] або ZnSe [18]; 2) елементи з гетеропереходів на основі монокристалічних підкладок з СdS або ZnТе і епітаксійного шару СdТе [24, 25]; 3) тонкоплівкові елементи з гетеропереходів СdТе - СdS і СdТе - СuхТе [26-28], а також гомогенним переходом в СdТе [29]. Масивні сонячні елементи на основі СdTе пов'язані з першою групою, володіють найкращими характеристиками. Елементи другої групи, в яких застосовуються плівки СdTе, напилені на монокристалічні підкладки, мають досить високу вартість, однак, оскільки вони є сполучною ланкою між масивними і тонкоплівковими елементами, вивчення їх характеристик представляє значний інтерес. Для широкомасштабного застосування підходять елементи лише третьої групи. Вони й будуть найбільш детально розглянуті в даному розділі.

У сонячних елементів з гетеропереходів СdS - СdTе, виготовлених за допомогою епітаксійного осадження СdS з парової фази на пластини р-СdTе [19], в даний час отримано найбільш високий ККД, рівний 10,5% в умовах АМ1,3 (інтенсивність випромінювання - 68 мВт / см2) при Voc = 0,67 В, Іsc = 20,1 мА/см2 і FF = 0,59. Якщо визначити їх ККД по відношенню до активної поверхні, то його значення складе 11,7%. У сонячних елементах, створених на підкладках з р-СdTе за допомогою вакуумного випаровування СdS [18], ККД (розрахований по відношенню до активної поверхні) дорівнює 7,9 % при Voc = 0,63 В, Іsc = 16,1 мА / см2 і FF = 0,66. Елементи з гетеропереходів IТО - р-СdТе, у яких шар IТО наноситься методом іонного розпилення [22], мають ККД до 8% при Voc = 0,82 В, Іsc = 14,5 мА/см2 і FF = 0,55 . Спектральна область чутливості елементів зі структурою CdS - р-СdTе, виготовлених методом осадження з парової фази [19], обмежена значеннями довжини хвилі 0,52 і 0,86 мкм, причому в діапазоні 0,58 ... 0,81 мкм крива чутливості має плоску форму. Спектральні положення короткохвильової і довгохвильової границь області чутливості визначаються значеннями ширини забороненої зони відповідно СS і СdTе і не залежать від напруги зсуву, що впливає на ефективність збирання носіїв заряду і, отже, на фотострум. Інша цікава особливість цих елементів полягає в тому, що розділяє носії заряду електронно-дірковий перехід формується не на межі розділу CdS і CdTe, а в глибині шару CdTe, на відстані від його поверхні, рівному кілька мікрометрів, що пов'язано з утворенням шару n-CdTe в результаті дифузії індію з CdS в p-CdTe. Аналогічно в елементах зі структурою ITO - p-CdTe [22] істинний перехід розташовується усередині кристала CdTe, а не на межі розділу ITO - CdTe, оскільки в процесі іонного розпилення утворюється шар CdTe n-типу провідності.

При виготовленні структур CdS-p-CdTe і ZnCdS - p-CdTe плівки CdS і ZnCdS наносять на пластини CdTe методом пульверизації з наступним піролізом [18]. Елементи такого типу мають напруги холостого ходу відповідно 0,74 і 0,80 В, а їх ККД рівні 6,0 і 7,8%. Сонячні елементи з гомогенним переходом в CdTe мають дуже низькиq ККД, що становить 3,25% при Voc = 0,62 В i Isc = 12 мА/см2.

Сонячні елементи з гетеропереходом p-CdTe - п-CdS, при створенні яких епітаксійний шар CdTe осідає на монокристалічну підкладку з CdS (служить оптичним вікном) газотранспортним методом в квазізамкнутому обсязі, мають напругу холостого ходу 0,61 В, коефіцієнт збирання носіїв 0,85 і ККД 4,0%.

Далі будуть розглянуті процес виготовлення і фотоелектричні характеристики різних тонкоплівкових сонячних елементів на основі CdTe.

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

Оставленные комментарии видны всем.