Главная > Тонкопленочные солнечные элементы
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

7.2. Арсенид галлия

Среди различных типов массивных солнечных элементов на основе GaAs наиболее подробно изучены элементы с гомогенным -переходом. Для их изготовления обычно применяют полированные монокристаллические пластины материалов с проводимостью -типа и концентрацией легирующей примеси около -переход формируют посредством введения диффузионным методом в поверхностный слой толщиной — акцепторных примесей или Кроме того, изготовляют элементы с мелкозалегающим переходом (расположенным на расстоянии от поверхности), которые в наземных условиях обладают наиболее высоким [1]. Измерения спектральной чувствительности солнечных элементов с гомогенным переходом показывают, что потери фототока связаны главным образом с небольшой диффузионной длиной неосновных носителей заряда как в так и -слоях GaAs, а также с высокой скоростью их рекомбинации на поверхности -слоя.

На основе арсенида галлия недавно разработаны элементы новых типов: с гетероструктурой [2] и гетеропереходом [3], КПД которых составляет соответственно (в условиях и 19% (в условиях Солнечные элементы со структурой предназначенные для преобразования концентрированного излучения, имеют при коэффициенте концентрации, равном 9,9, и температуре 30 °С [4]. При наличии слоя образуется отражающий потенциальный барьер для электронов, генерируемых в благодаря чему снижаются их потери вследствие поверхностной рекомбинации; кроме того, этот слой служит прозрачным низкоомным контактом к уменьшающим последовательное сопротивление элемента.

На основе GaAs также изготовлены солнечные элементы с барьером Шоттки и структурой металл — диэлектрикполупроводник. Согласно данным Стирна и Йе [5], КПД монокристаллических элементов со структурой металл — диэлектрик — полупроводник на основе составляет 15%.

После перечисления наиболее важных сведений о характеристиках и основных результатах разработок солнечных элементов на основе монокристаллического арсенида галлия перейдем к рассмотрению тонкопленочных элементов.

7.2.1 Процесс изготовления

Тонкие пленки GaAs получают методом химического осаждения из паровой фазы [6—14], в том числе из паров металлорганических соединений [11 —14], и на их основе создают элементы

с гомогенным переходом [6], гетероструктурой и гетеропереходом [11], барьером Шоттки [7, 9, 12—14], а также структурой металл — диэлектрикполупроводник [7, 10]. В качестве подложек применяют легированные цинком монокристаллы GaAs, поверхность которых ориентирована относительно направления и легированные кремнием монокристаллы GaAs с аналогичной ориентацией поверхности [11]; кроме того, используют подложки из графита (без каких-либо покрытий [8] и со слоем вольфрама [7, 9, 10]) и молибдена [12—14]. Монокристаллические подложки имеют высокую стоимость и служат исключительно для исследовательских целей.

Тонкопленочные элементы на основе GaAs со структурой металл — оксидполупроводник, как правило состоящие из слоев оксид — графит, изготовляют следующим образом [7]. Пленку GaAs осаждают на покрытую слоем вольфрама графитовую подложку химическим методом из паров с применением водорода в качестве газа-носителя. Температура подложки составляет а температура источника осаждаемого вещества Скорости потоков равны соответственно В образующемся слое толщиной значения концентрации носителей заряда заключены в пределах При введении в химически активную смесь газообразного сероводорода получают легированный серой слой толщиной с концентрацией носителей который обеспечивает низкое контактное сопротивление между элементом и подложкой. Термообработка образца в атмосфере кислорода или смеси кислорода с аргоном продолжительностью при температуре осуществляемая непосредственно после осаждения пленки GaAs, приводит к формированию на ее поверхности слоя оксида, выращивание которого продолжают затем в кислороде, насыщенном водяным паром, при температуре в течение [8].

Для улучшения характеристик элементов перед окислением пленки GaAs на ее поверхность осаждают слой переменного состава толщиной в процессе химической реакции между [7]. Затем методом вакуумного испарения при давлении менее Па наносят пленку золота толщиной 6... 10 нм и посредством испарения (через металлическую маску) серебра создают контактную сетку. С помощью гидролиза тетраизопропилтитаната в атмосфере аргона при температуре 80... 100 °С создают слой толщиной 60... 70 нм, который служит просветляющим покрытием элемента [8].

7.2.2 Фотоэлектрические характеристики

Согласно данным Бозлера и Фэна [6], солнечные элементы (снабженные просветляющими покрытиями) с гомогенным переходом на основе арсенида галлия, выращиваемого на монокристаллических подложках методом химического осаждения из паровой фазы, в условиях (интенсивность излучения — имеют при Недавно и др. [6] сообщили о том, что при использовании технологического процесса тонкопленочных солнечных элементов на основе GaAs повышается до 17%. У солнечных элементов с гетероструктурой (без просветляющих покрытий), создаваемых на кристаллических подложках из легированного кремнием арсенида галлия методом химического осаждения из паров металлорганических соединений, в условиях при интенсивности света получены следующие характеристики: [11].

КПД тонкопленочных элементов с барьером Шоттки площадью на основе арсенида галлия, выращиваемого на покрытых слоем вольфрама графитовых подложках методом химического осаждения из паровой фазы, составляет около [9], причем в условиях Следует отметить, что параметры конструкций этих элементов не оптимизированы. Верной и др. [13] изготовили солнечные элементы с барьером Шоттки на молибденовых подложках методом химического осаждения GaAs из паров металлорганических соединений и в условиях получили Элементы аналогичного типа с пассивированными (посредством анодирования) границами зерен обладают лучшими характеристиками: при отсутствии просветляющих покрытий в условиях их КПД составляет 5,45% при [14].

Чу и др. [7, 10] изготовили солнечные элементы со структурой металл — оксидполупроводник (площадью посредством нанесения на графитовую подложку с покрытием из вольфрама методом химического осаждения из паровой фазы слоев которых в условиях достигает 4,4%. Элементы, не снабженные просветляющими покрытиями, имеют При осаждении на поверхность слоя тонкой пленки их напряжение холостого хода

повышается до 0,63 В, а КПД - до 5 % (при плотности тока короткого замыкания Полагают, что при нанесении просветляющего покрытия КПД элементов увеличится до 7,5%. Полученные этими же авторами методом химического осаждения из паровой фазы (на графитовых подложках) солнечные элементы со структурой металл — оксидполупроводник площадью при наличии просветляющего покрытия в условиях имеют КПД 6,1 %, которому соответствуют

Недавно изготовлены тонкопленочные поликристаллические солнечные элементы площадью на основе слоев GaAs толщиной 10 мкм (средний размер зерен составляет -5 мкм) с КПД до 8,5% при [41].

Сообщалось о создании солнечных элементов на основе монокристаллических пленок GaAs толщиной выращиваемых на монокристаллах арсенида галлия [41]. После изготовления элементы крепились к стеклянной пластине, отделялись от подложки, а затем на тыльную поверхность наносился металлический контакт. При общей площади элементы имели следующие выходные параметры:

Измерения спектральных характеристик чувствительности тонкопленочных солнечных элементов со структурой металл — оксидполупроводник на основе GaAs показывают, что наиболее высокие значения коэффициента собирания носителей (без учета отражения света от поверхности элемента), составляющие соответствуют интервалу длин волн 0,6 ... ... 0,7 мкм [8]. Значения эффективной диффузионной длины неосновых носителей заряда, найденные из измеренных спектральных характеристик чувствительности, заключены в пределах

7.2.3 Анализ характеристик перехода

Изучению электронных свойств переходов и их зависимости от структурного совершенства пленок в солнечных элементах на основе GaAs посвящено лишь несколько работ. Чу и др. [8] измерили вольт-амперные и вольт-фарадные характеристики элементов со структурой металл — оксидполупроводник (изготовленных на подложках из графита), исходя из которых определили соответственно диодный коэффициент и высоту барьера Полагают, что в элементах со структурой металл — оксид — полупроводник, получаемых на покрытых слоем вольфрама графитовых подложках [7], процесс протекания темнового тока (плотность обратного тока

насыщения составляет ) обусловлен рекомбинацией носителей на границах зерен. Однако под влиянием границ зерен фототок уменьшается незначительно. При введении цинка диффузионным методом в область границ зерен происходит компенсация донорных уровней, и благодаря этому устраняется эффект шунтирования перехода [10]. Высокие значения напряжения холостого хода солнечных элементов со структурой металл — оксидполупроводник на основе обеспечивает большая высота барьера. Согласно результатам измерений вольт-фарадных характериристик, что на больше высоты барьера у элементов с такой же структурой, но на основе лишь При наличии слоя плотность обратного тока насыщения уменьшается на порядок величины.

Гандхи и др. [12, 14] установили, что солнечные элементы с барьером Шоттки имеют по существу аналогичные характеристики. Значения их диодного коэффициента равны 2,7 и 1,3 соответственно при низких и высоких прямых напряжениях смещения. При плотность обратного тока насыщения составляет . Высота барьера, найденная по результатам измерений темновых вольт-амперных характеристик при различных температурах, равна 0,85 эВ. Концентрация носителей, определенная с помощью вольт-фарадных характеристик (при обратном напряжении смещения), составляет Особенности темновых вольт-амперных характеристик можно объяснить, предположив, что протекание тока обусловлено рекомбинацией носителей заряда на границах зерен. Однако, поскольку в процессе осаждения пленки в область границ зерен внедряется большое количество примеси, их влияние на процесс собирания носителей оказывается несущественным. Эффект шунтирования перехода границами зерен, приводящий к увеличению обратного тока насыщения, ослабляется благодаря их пассивации посредством избирательного анодирования. Авторами работ (12, 14] отмечено существование зависимости фототока от напряжения смещения, что может быть вызвано рекомбинацией носителей на энергетических состояниях в области границы раздела металла и полупроводника.

1
Оглавление
email@scask.ru