7.6.1 Процес виготовлення

Для виготовлення тонкоплівкових сонячних елементів на основі р-InP - n-СdS застосовують методи вакуумного випаровування [45], хімічного осадження з парової фази [43] і випаровування в поєднанні з хімічним осадженням з парової фази [46, 47]. Елементи створюють на підкладках з молібдену [46, 47] і графіту (без будь-яких покриттів [47] і з шаром GaAs р-типу провідності товщиною 25 мкм, що містить велику кількість легуючої домішки - Zn [43]). Найбільш ефективні прилади [43] отримують методом хімічного осадження з парової фази при використанні графітових підкладок з покриттям з GaAs. Підкладка з графіту ефективно відводить струм від шару GaAs, а на межі розділу GaAs і InP утворюється омічний контакт з низьким перехідним опором. Елементи, що створюються на підкладках з молібдену і графіту без шару GaAs, через низьку якість тильного контакту мають гірші характеристики [45, 47].

Процес виготовлення [43] звичайних тонкоплівкових сонячних елементів на основі InP - СdS з ККД, що перевищує 5%, включає нанесення на графітову підкладку з шаром GaAs методом хімічного осадження з парової фази (із застосуванням PCl₃) полікристалічного шару InP товщиною 50 мкм [47], а потім плівки СdS (перенесення Н₂S здійснюється за допомогою водню). Згідно з результатами вимірювань вольтфарадних характеристик, концентрація легуючої домішки в р-InP дорівнює 8,3 • 10¹⁶ см^-3. У плівках СdS міститься значно більша кількість домішки 10¹⁹ см^-3). Просвітлююче покриття з SiO одержують за допомогою вакуумного випаровування речовини при температурі підкладки близько 100 °С. Контакт до плівки СdS здійснюється за допомогою індію, що наноситься з розплаву. Контактна сітка на основі In - Аu забезпечує досить високе значення коефіцієнта заповнення вольтамперної характеристики (- 0,75).

При осадженні InP методом вакуумного випаровування, утворені плівки являють собою суміш двох фаз - індію та фосфору. Плівки InP з розміром зерен більше 1 мкм [45], що складаються з однієї фази, можуть бути отримані при спільному випаровуванні індію та фосфору з двох джерел.

7.6.2 Фотоелектричні характеристики

Тонкоплівкові сонячні елементи на основі InP - СdS площею 0,03 см², виготовлені методом хімічного осадження з парової фази [43], в умовах АМ2 володіють наступними характеристиками: V_oc = 0,40 .. .0,46 В, J_sc = 13,3 мА/см² (у елементів з просвітлюючим покриттям з SiO J_sc = 15,4 мА/см²) і FF = 0,68. Їх ККД досягає 4,9%, а при наявності просвітлюючого покриття - 5,7%. У елементів, створених на молібденових підкладках за допомогою хімічного осадження InP з парової фази і вакуумного випаровування CdS [46], в умовах AM1 ККД становить 2,0% при V_oc = 0,37 В, J_sc = 18 мА/см² і FF = 0,30. Характеристики елементів в значній мірі залежать від температури підкладки в процесі осадження CdS. Поліпшенню вихідних параметрів елементів сприяє відпал на повітрі при температурі 500 °С протягом 10 хв. Причиною отримання низьких значень FF є утворення випрямляючого контакту на межі розділу InP - Mo, що призводить до появи на графіку світлової вольт амперної характеристики точки перегину. Сонячні елементи на основі InP - CdS, що виготовляються на молібденових підкладках виключно методом вакуумного випаровування [45], також володіють високим послідовним опором; їх ККД становить 2,1% при V_oc = 0,51 В і FF = 0,51. Більш низькі значення FF (~ 0,31) елементів, що створюються на графітових підкладках за допомогою хімічного осадження з парової фази (InP) в поєднанні з вакуумним випаровуванням (CdS) [47], обумовлені гіршими характеристиками тильного контакту. Ці елементи в умовах AM1 мають η = 2,8% і V_oc = 0,40 В.

Шей та ін. [43] повідомляють, що в умовах АМ2 струм короткого замикання тонкоплівкових сонячних елементів лише на 18% нижче, ніж у монокристалічних елементах, а абсолютні значення коефіцієнта збирання носіїв заряду приблизно однакові. Автори приходять до висновку про те, що навіть в тонкоплівкових елементах рекомбінація носіїв на границі розділу не робить істотного впливу на ефективність їх збирання. Згідно з оцінками, дифузійна довжина неосновних носіїв у шарі InP тонкоплівкових елементів складає близько 0,6 мкм. Спектральний діапазон чутливості елементів виходить за границю, яка визначається шириною забороненої зони масивних кристалів InP, що свідчить про існування хвостів енергетичних зон в області границі зерен. При збільшенні глибини проникнення хвостів станів у заборонену зону напруга холостого ходу знижується. На думку авторів, наявність хвостів станів, пов'язаних з дефектами в області границь зерен, не робить негативного впливу на фотострум, але через зменшення напруги ККД сонячних елементів знижується приблизно в два рази. Вважають, що при підвищенні якості шару InP ККД елементів збільшиться.

Результати, отримані Казмерскі та ін. [45], відрізняються від розглянутих раніше. Зниження чутливості, виготовлених авторами методом вакуумного випаровування тонкоплівкових сонячних елементів в короткохвильовій області спектра, викликане поглинанням випромінювання в шарі CdS, тоді як положення межі чутливості в довгохвильовій області відповідає краю поглинання InP. Елементи не володіють чутливістю до випромінювання з енергією, меншою ширини забороненої зони InP (див. рис. 7.3). Більш низькі значення коефіцієнта збирання носіїв заряду, ніж у монокристалічних елементах, обумовлюють менший струм короткого замикання. Знижена ефективність збирання носіїв пов'язана з їх рекомбінацією всередині плівки InP, що містить велику кількість дефектів, і на границях зерен. У тонкоплівкових сонячних елементах, створених Сайто та ін. [46] на молібденових підкладках методом хімічного осадження з парової фази (InP) в поєднанні з вакуумним випаровуванням (CdS), коефіцієнт збирання носіїв в спектральному діапазоні від 0,6 до 0,7 мкм становить близько 0,7. Визначене авторами значення дифузійної довжини електронів в плівках р-InP дорівнює 0,2 мкм. Настільки мала дифузійна довжина носіїв заряду і є причиною низьких значень коефіцієнта збирання в довгохвильовій області спектру (див. рис. 7.3).

Згідно з даними Казмерскі та ін. [45], при відсутності освітлення залежність струму від напруги є експоненційною. Діодний коефіцієнт дорівнює 2,34, що свідчить про існування генераційно-рекомбінаційного механізму протікання струму.

Сайто та ін. [46] також виготовили на молібденових підкладках тонкоплівкові сонячні елементи на основі шарів InP і Cu_xSe, одержаних методами хімічного осадження з парової фази і вакуумного випаровування відповідно. В умовах AM1 елементи мають ККД 1,7% при V_oc = 0,47 В, J_sc = 11 мА/см² і FF = 0,34. При довжині хвилі світла 0,65 мкм коефіцієнт збирання носіїв заряду дорівнює 0,40. Аналіз спектральної характеристики чутливості показує, що внесок у фотострум дають лише ті носії заряду, які генеруються світлом у збідненому шарі.