7.3.1 Процес виготовлення

Тонкоплівкові сонячні елементи на основі CdTe створюють за допомогою різних методів у таких поєднаннях: трафаретний друк і занурення [26, 27], газотранспортне осадження і занурення [28], звичайне вакуумне і дискретне випаровування [30], вакуумне випаровування і занурення [31], а також осадження з парової фази і вакуумне випаровування [32] (у всіх випадках метод, названий першим, застосовується для осадження шару CdTe, тоді як другий метод використовується для отримання іншого напівпровідникового шару, що утворює гетероперехід). Найбільш високим ККД (~ 8%) мають елементи з гетеропереходом на основі структури р⁺-Сu₂Те - n-CdTe - n-CdS - In₂O₃ - скло [27], що виготовляються методом трафаретного друку в поєднанні з зануренням. Розглянемо процес їх отримання більш докладно.

Схема поперечного перерізу сонячного елемента, створеного друкованим методом, зображена на рис. 7.1, а. Підкладкою служить пластина боросилікатного скла (марки Corning Glass 7059), покрита прозорим провідним шаром In₂O₃. З використанням пасти CdS, CdCl₂, CaCl₂ і пропіленгліколю, методом трафаретного друку в атмосфері азоту при температурі близько 630 °С

на підкладку наносять плівку СdS товщиною 20 мкм з питомим опором 0,2 Ом-см. Далі таким же способом в атмосфері азоту при температурі 500 ... 800 °С, застосовуючи пасту на основі СdTе, легований індієм, СdCl₂ і пропіленгліколю, отримують шар n-СdTе товщиною 10 мкм з питомим опором 0,1 ... 1 Ом-см. Занурюючи зразок на кілька секунд в гарячий розчин, що містить іони міді, в поверхневій області СdТе за допомогою реакції заміщення формують шар р⁺-СdТе. І нарешті, елементи відпалюють при температурі 200 °С протягом 10 хв, а потім для отримання контакту до шару Сu₂Те друкованим методом наносять пасту на основі Ag, a на поверхні СdS створюють паяний контакт зі сплаву In - Ga. У виготовлених нині сонячних елементах розміром 4x4 см, які згодом використовуються для складання модулів потужністю 1 Вт (кожен модуль складається з 25 одиничних елементів), плівку з дорогого матеріалу In₂O₃ замінюють шаром СdS з низьким питомим опором, а плівку СdТе - більш стабільним контактним шаром з графіту (ці шари отримують друкованим методом). Крім того, замість n-СdТе створюють нелегований порівняно високоомний шар р-СdTeе, оскільки в такій структурі фотоефект спостерігається не на переході р-Сu₂Те - n-СdТе, а на межі розділу n-СdS - р-CdTе.

7.3.2 Фотоелектричні характеристики

Перші тонкоплівкові елементи з гомогенним переходом в СdТе, виготовлені Водаковим та ін.. [33], при опроміненні сонячним світлом мали ККД 4%. Подальші розробки [29] привели до підвищення ККД до 6% (при інтенсивності випромінювання 77,2 мВт/см²) і отримання V_oc = 0,75 В, J_sc = 9,8 мА/см² і FF = 0,63. Сонячні елементи з гетеропереходів Сu₂Те-СdТе, створені Кузанo [28], мали V_oc = 0,7 В (при використанні монокристалічного телуриду кадмію) і V_oc = 0,5 В (при нанесенні тонкої плівки СdТе). Для тонкоплівкових елементів характерні більш високі значення J_sc, проте FF становить 0,45 ... 0,6, а ККД - 6% (у монокристалічних елементів FF 0,7 і ККД дорівнює ~7%). Великі тонкоплівкові сонячні елементи (площею 50 см²) мають ще нижчі значення ККД (~ 5%), що обумовлено великим послідовним опором, що зменшує коефіцієнт заповнення вольтамперной характеристики. У тонкоплівкових сонячних елементів зі структурою Сu_хТе - СdТе, виготовлених Джастіном та ін.. [31], отримані V_oc 0,6 В і η 4,1%. Великий послідовний і малий шунтуючий опори викликають зниження FF. У розроблених Бонне і Рабенхорстом [32] термостійких тонкоплівкових сонячних елементах на основі СdТе - СdS (стабільних при температурах, що досягають 200 °С) при інтенсивності випромінювання 50 мВт/см² V_oc = 0,5 В, J_sc = 15 мА/см² , FF = 0,45 і η = 5 ... 6%.

Вольтамперні характеристики розглянутих в розд. 7.3.1 тонкоплівкових сонячних елементів на основі СdТе, створених методом трафаретного друку, зображені на рис. 7.1, б. У елементах малої площі (0,21 см²) при інтенсивності випромінювання 72 мВт/см² отримані наступні значення вихідних параметрів: V_oc = 0,67 В, J_sc = 14,2 мА/см², FF = 0,58 і η = 8 , 2%. Аналогічні елементи площею 10 см² при заміні плівки Сu₂Те контактним шаром графіту мають V_oc = 0,73 В, J_sc = 11,4 мА/см², FF = 0,51 і η = 6,3% [26]. Модуль потужністю 1 Вт, що складається з таких елементів, при інтенсивності випромінювання 90 мВт/см² володіє наступними параметрами: V_oc = 3,43 В, J_sc = 0,711 А, FF = 0,15 і η = 2,9%.

Спектральна характеристика чутливості тонкоплівкового сонячного елемента на основі СdTе, виготовленого друкарським методом, з контактом з Сu₂Те показана на рис. 7.1, в. Крива має чітко виражені області спаду, відповідні краям оптичного поглинання СdS і СdТе (шар СdТе не фотоактивний). Аналогічні характеристики отримані Кузано [28] при дослідженні тонкоплівкових елементів зі структурою Сu_хТе-СdТе.

У неопублікованих даних фірми Коdak зберігається інформація про створення газотранспортним методом осадження в квазізамкнутому об’ємі тонкоплівкових сонячних елементів на основі СdS - СdТе з ККД 10%.