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

7.7 Селенід міді та індію (СuInSe2)

Селенід міді та індію володіє надзвичайно сприятливими властивостями як матеріал для створення фотоелектричних перетворювачів з гетеропереходом. Поглинання світла в цьому напівпровіднику супроводжується прямими оптичними переходами, що дозволяє ввести менш жорсткі вимоги до величини дифузійної довжини неосновних носіїв заряду. СuInSe2 легко отримати у вигляді плівок як п-, так і р-типів провідності, тому на основі даного матеріалу можуть бути створені елементи з гомогенним і гетерогенним переходами. Ширина забороненої зони СuInSe2 (1,04 еВ) близька до оптимальної для перетворення сонячного випромінювання в наземних умовах. Оскільки ступінь невідповідності параметрів кристалічних граток СuInSe2 (структура халькопіриту) і СdS (гексагональна структура) становить лише 1,2%, СuInSe2 і CdS утворюють ідеальний гетероперехід. Значення енергії спорідненості до електрона цих матеріалів приблизно рівні між собою, тому на межі розділу відсутній пік в зоні провідності.

Можливість отримання високоефективних приладів на основі гетеропереходу СuInSe2 - CdS реалізована при створенні монокристалічних елементів [48-50]. При інтенсивності випромінювання 92 мВт/см2 ККД сонячних елементів площею 0,79 мм2 складає 12%, Voc = 0,5 В, Jsc = 38 мА/см2 і FF = 0,60. При виготовленні елементів на хімічно поліровану монокристалічну підкладку з р- СuInSe2 наносять шар п- CdS товщиною 5 ... 10 мкм з використанням коаксіального ізотермічного двокамерного випарника, що містить Сd і S. Осадження здійснюють зі швидкістю близько 0,15 мкм/хв при температурі випарника 350 °С і температурі підкладки в межах 130. .. 210 °С. Просвітлюючим покриттям служить отриманий методом вакуумного випаровування шар SiO. В інтервалі довжин хвиль 0,55. .. 1,25 мкм спектральний розподіл коефіцієнта збирання однорідний і його значення складаює 0,7 .. .0,8. Межі спектрального діапазону чутливості елементів в короткохвильовій і довгохвильовій областях відповідають краях поглинання СdS і СuInS2. Сонячні елементи більшої площі володіють нижчим ККД, оскільки через наявність мікротріщин в кристалах СuInS2 напруга холостого ходу зменшується.

Після того як були отримані плівки селеніду міді та індію [51, 52], з'явилася можливість створення виключно методом вакуумного випаровування тонкоплівкових сонячних елементів з гетеропереходом p-CuInSe2-п-CdS. Розглянемо ці елементи більш докладно.

7.7.1 Процес виготовлення

На основі p-CuInSe2-п-CdS створюють тонкоплівкові сонячні елементи на металізованих підкладках фронтально-бар'єрної (елемент просвітлюється з боку шару CuInSe2) або тильно-бар'єрної (освітлення з боку CdS) конструкцій [53]. При виготовленні фронтально-бар'єрного елементу шар CdS товщиною 6...8 мкм наносять методом вакуумного випаровування на підкладку, нагріту до температури 500 К. Зразок витягують з вакуумної камери, і поверхню CdS піддають короткочасному травленню в 10%-му розчині HCl. Потім при температурі підкладки 525 К з допомогою вакуумного випаровування (застосовується випарник, що складається з двох тиглів, які наповнюються CuInSe2 і Se) вирощують тонкий (товщиною 0,25 ... 0,5 мкм) шар p-CuInSe2. Регулюючи кількість випаруваного селену, змінюють тип провідності плівок. Травлення в HCl необхідно для сенсибілізації структури. Розмір зерен в плівках обох напівпровідників складає 0,8 ... 1,2 мкм. Інший спосіб виготовлення елементів полягає в тому, що всі вхідні в їх склад шари осаджують методом вакуумного випаровування в єдиному циклі, без розгерметизації системи. При створенні тильно-бар'єрних елементів плівку р-CuInSe2 наносять на підкладку з покриттям із золота безпосередньо перед отриманням шару CdS (товщиною 5 ... 6 мкм). Концентрація носіїв заряду в плівках p-CuInSe2 складає 3 • 1016 ... 4 • 1016 см-3. Переважаючий напрямок росту плівок співпадає з напрямком <112>, при цьому вісь <221> структури перпендикулярна площині підкладки. Верхній сітчастий контакт створюють з AI на поверхні CdS (в тильно-бар'єрному елементі) або з пасти на основі Au і Ag - на поверхні CuInSe2 (у фронтально-бар'єрному елементі). Готові сонячні елементи відпалюють при температурі 450 К і тиску ~ 13 Па протягом 15 … 20 хв. Їх ККД не перевищує 5,7%.

Нещодавно Балдхаупт та ін. [54] повідомили про створення тильнобар’єрних сонячних елементів (з просвітлюючим покриттям) площею 1 см2 на основі п-CdS - p-CuInSe2 зі змінним рівнем легування, ККД яких в умовах AM1 досягає 9,53%. Схема конструкції елемента такого типу зображена на рис. 7.4. На підкладку з оксиду алюмінію, покриту шаром молібдену, методом вакуумного випаровування (з використанням трьох джерел - Сu, In і Se) наносять збагачений міддю шар CuInSe2. При осадженні плівки CdS легуючою домішкою служить індій. Верхній контакт є алюмінієвою сіткою. Як просвітлююче покриття застосовується плівка SiOx. Термообробка елементів здійснюється при температурі 200 °С в атмосфері водню і аргону.

Тонкоплівкові сонячні елементи на основі CuInSe2 - CdS виготовляють також і методом пульверизації з наступним піролізом [55] або за допомогою іонного розпилення в поєднанні з вакуумним випаровуванням [56]. ККД цих елементів, як правило, не перевищує 2%.

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

Оставленные комментарии видны всем.