Глава 6. СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ОСНОВЕ АМОРФНОГО КРЕМНИЯ

6.1. Введение

В 1969 г. Читтик и др. [1] опубликовали предварительные результаты исследований по осаждению гидрогенизированного аморфного кремния (в дальнейшем обозначаемого и его легированию фосфором, обеспечивающему получение твердого раствора замещения. В 1976 г. Спир и др. [2], подробно изучив свойства пленок легированных различными примесями [3], впервые создали -переходы в Солнечные элементы на основе были изготовлены в исследовательских лабораториях фирмы [4, 5]. Фотоэффект наблюдался в приборах нескольких типов: с и -структурами, барьером Шоттки и гетеропереходом.

После того как была продемонстрирована возможность применения гидрогенизированного аморфного кремния в фотоэлектрических преобразователях энергии, этот материал привлек внимание исследователей всего мира, о чем свидетельствует резко возросшее количество научных публикаций [6—35], обзоров [36—39] и конференций [40] по данному вопросу. Это вызвано следующими причинами. Технологию изготовления элементов, основанную на процессе осаждения в тлеющем разряде (иначе называемом плазменным осаждением), по-видимому, можно успешно использовать для создания дешевых солнечных батарей большой площади на недорогих подложках в условиях автоматизированного поточного производства [41]. Общая стоимость применяемого материала оказывается крайне низкой, так как элементы с приемлемыми характеристиками могут быть изготовлены на основе очень тонких пленок кремния (толщиной мкм), осаждение которых осуществляется непосредственно из материала исходного сырья (силана) без промежуточных процессов его превращения в слиточный или порошкообразный кремний Поскольку кремний широко распространен в природе, его получение в необходимом количестве не вызывает затруднений. Аморфный кремний

имеет более благоприятную для эффективного преобразования солнечного излучения ширину запрещенной зоны чем кристаллический. Будучи полупроводником с прямыми оптическими переходами, он обладает высоким коэффициентом поглощения света [42, 43]. В пленке аморфного кремния толщиной 1 мкм поглощается до 70 % падающего излучения (в условиях с энергией более Согласно теоретическим оценкам, предельный КПД солнечных элементов на основе составляет

Основным стимулом к исследованию гидрогенизированного аморфного кремния является реальная возможность крупномасштабного применения фотоэлектрических преобразователей, поэтому особое внимание уделяется созданию приборов на основе (разработке конструкций, анализу свойств перехода и выявлению причин потерь энергии). В то же время еще недостаточно глубоко изучены кинетические явления, механизм легирования, оптические характеристики и особенности микроструктуры Кроме того, известные технологические методы недостаточно совершенны для того, чтобы обеспечить получение пленок с требуемыми свойствами. Таким образом, существует еще много проблем, для решения которых необходимы интенсивные экспериментальные и теоретические исследования аморфного материала.

Несмотря на то что некоторые свойства пленок аморфного кремния аналогичны свойствам массивных монокристаллов и тонких поликристаллических пленок, а действие солнечных элементов, изготовляемых из аморфного кремния и из обычных материалов, осцовано на одних и тех же принципах, в силу существования особых свойств пленок аморфные элементы обладают специфическими характеристиками. Имеется большое количество публикаций по вопросам, связанным с разработкой солнечных элементов на основе Несомненно, аморфные материалы и соответствующие элементы заслуживают подробного рассмотрения. Обсуждению свойств аморфных полупроводников (в первую очередь и изготовляемых на их основе фотоэлектрических приборов посвящена данная глава.