4.2 Методы изготовления

Тонкопленочные солнечные элементы на основе в настоящее время изготовляют различными методами, в том числе испарением в сочетании с окунанием [6, 8, 11-13], испарением в сочетании с реакцией замещения в твердой фазе [14—22], исключительно испарением [23], пульверизацией с последующим пиролизом в сочетании с окунанием [19, 24—29], только пульверизацией с последующим пиролизом [30], ионным распылением в сочетании с реакцией замещения (при проведении мокрого или сухого химического процесса) [31—34], последовательным осаждением слоев с помощью ионного распыления [31, 33], посредством трафаретной печати в сочетании с химическим осаждением из раствора [35], с помощью электрофореза в сочетании либо с реакцией замещения (при проведении мокрого или сухого процесса), либо с вакуумным испарением [36]. В лаборатории авторов для создания

солнечных элементов такого типа в поверхностном слое пленки нанесенной методом испарения или пульверизации с последующим пиролизом, осуществляют электрохимическую реакцию замещения. Наиболее совершенные тонкопленочные солнечные элементы со структурой получают методом испарения в сочетании с окунанием или реакцией замещения в твердой фазе, а также посредством ионного распыления с последующим окунанием. Методы изготовления элементов рассмотрены более подробно в разд. 4.2.2. и 4.2.3.

Рис. 4.1. Схемы конструкций тонкопленочных солнечных элементов на основе а — фронтально-барьерная, б - тыльно-барьерная, обратным расположением слоев.

4.2.1 Конструкции элементов

Существуют две основные конструкции тонкопленочных солнечных элементов на основе фронтально-барьерная и тыльно-барьерная. При работе фронтально-барьерных элементов падающий свет первоначально поступает в поглощающий слой тогда как тыльно-барьерные элементы освещаются со стороны слоя оптического окна или Если тыльный контакт обладает высокой отражательной способностью, то свет, претерпевая многократное отражение, может несколько раз проходить через элемент. К названию, характеризующему конструкцию элемента, добавляются в этом случае слова «с отражающим контактом», например «солнечные элементы фронтально-барьерной конструкции с отражающим контактом». Высокоэффективные солнечные элементы как фронтально-, так и тыльно-барьерной конструкции обычно имеют отражающую тыльную поверхность, причем ее коэффициент отражения и толщина слоя а также любые параметры технологического процесса, влияющие на эти две величины, в значительной мере определяют выходные характеристики элементов [8].

Схема типичного фронтально-барьерного солнечного элемента с отражающим контактом на основе приведена на рис. а поперечное сечение тыльно-барьерного элемента

с отражающим контактом изображено на рис. 4.1,б. При изготовлении фронтально-барьерных тонкопленочных элементов со структурой слой как правило, наносят вакуумным испарением; тыльно-барьерные элементы создают методом пульверизации с последующим пиролизом. Однако вакуумное испарение применяют и для изготовления тыльно-барьерных элементов [18, 37]. С помощью ионного распыления или при использовании только вакуумного испарения обычно получают фронтально-барьерные элементы. Преимущество тыльно-барьерных солнечных элементов перед фронтально-барьерными состоит в том, что их тыльный металлический контакт служит одновременно и защитным покрытием, благодаря чему не требуется сложной системы герметизации. и др. [15] разработали фронтально-барьерные элементы новой конструкции, в которой предусмотрена защита слоя от воздействия внешней среды. Структура такого элемента показана на рис. 4.1, е. При его изготовлении на поверхность слоя осажденного на стеклянную подложку (с предварительно созданной контактной сеткой), наносят слои и металла, обеспечивающие герметичность конструкции.

В тонкопленочных солнечных элементах на основе успешно применяются различные виды подложек. Фронтально-барьерные элементы создают на подложках из каптона покрытых слоем [38], из меди со слоем получаемым электролитическим методом [6—8, 13], из кварца со слоем [37], из стекла с предварительно нанесенными слоями [19], [33, 34], из полиамидных пленок с электролитически осажденными [36], а также на подложках из железа [36]. При изготовлении тыльно-барьерных элементов используют стеклянные подложки со слоями из легированного сурьмой [18, 19], [39] и [39, 41], кроме того, применяют кварцевые подложки с покрытием из [37]. Наиболее высокие характеристики имеют фронтально-барьерные солнечные элементы с отражающим контактом, создаваемые на медных подложках с покрытием из цинка [6-8].