7.6 Фосфид индия (InP)

Наличие у фосфида индия «прямой» запрещенной зоны шириной позволяет использовать его для создания фотоэлектрических преобразователей. Вследствие высокого оптического коэффициента поглощения свет проникает в полупроводник на малую глубину, благодаря чему не требуются пленки с очень большой диффузионной длиной неосновных носителей заряда. Параметры кристаллических решегок структурой цинковой обманки) и структурой вюртцита) на поверхности раздела равны Таким образом, степень несоответствия параметров решеток фосфида индия в плоскости (111) и в базисной плоскости гексагонального сульфида кадмия составляет лишь 0,32%. Кроме того, поскольку согласуются между собой по энергиям сродства к электрону, на границе раздела не наблюдается пика в зоне проводимости. Благодаря этому данные полупроводники образуют идеальный гетеропереход.

Для изготовления монокристаллических солнечных элементов на основе (с просветляющим покрытием создаваемым методом вакуумного испарения) используют химически полированные легированные кадмием пластины фосфида индия -типа проводимбсти, выращенного методом Чохральского. Слой толщиной наносят с помощью вакуумного испарения вещества на поверхность подложки, параллельную плоскости (111), при температуре со скоростью около Температура коаксиального изотермического испарителя, содержащего отдельно кадмий и серу, составляет Контакт с получают путем осаждения электролитическим методом слоев а на поверхность наносят контактную сетку из индия или сплава индия с галлием. При интенсивности излучения солнечных элементов составляет а значения их выходных параметров равны:

Кривая спектральной чувствительности элементов имеет плоскую форму в интервале длин волн Области снижения чувствительности в коротковолновом и длинноволновом диапазонах спектра соответствуют краям поглощения Плотность обратного тока насыщения в этих элементах очень мала . Ток короткого замыкания и эффективность собирания носителей определяются исключительно объемными свойствами и окна из и почти не зависят от свойств границы раздела. Диффузионная длина электронов в найденная с помощью кривой спектральной чувствительности элементов, составляет При нанесении на поверхности подложек из параллельные плоскостям (100) и (110), элементы обладают по существу аналогичными характеристиками.

В том случае, когда в процессе изготовления монокристаллических солнечных элементов на основе слой выращивают на поверхности методом химического осаждения из паровой фазы с использованием (водород служит газом-носителем) при температуре источника и температуре подложки элементов с просветляющим покрытием из в условиях равен (при отсутствии покрытия — 12,8 %) [43], (без просветляющего покрытия . В легированных кадмием кристаллах концентрация дырок равна а их подвижность — . В пленках концентрация электронов составляет при их подвижности, изменяющейся в пределах Предварительные ускоренные ресурсные испытания монокристаллических солнечных элементов на основе показали, что негерметизированные элементы не подвержены воздействию окружающей среды и что их характеристики ухудшаются при температурах более При температуре свойства высокопроводящих пленок не изменяются в течение месяца.

Ито и Осава [44] сообщили о создании монокристалйических солнечных элементов на основе (без просветляющего покрытия) посредством нанесения слоя на плоскость методом химического осаждения из паровой фазы и о получении Низкая чувствительность элементов в длинноволновой области спектра, вероятно, связана с образованием на границе раздела слоя (обнаруженного с помощью электронно-зондового микроаналйзатора), состоящего из смеси

Возможность получения высокоэффективных стабильных монокристаллических солнечных элементов на основе стимулировала исследования тонкопленочных элементов аналогичного типа, которые будут рассмотрены в следующих разделах.

7.6.1 Процесс изготовления

Для изготовления тонкопленочных солнечных элементов на основе применяют методы вакуумного испарения [45], химического осаждения из паровой фазы [43] и испарения в сочетании с химическим осаждением из паровой фазы [46, 47]. Элементы создают на подложках из молибдена [46, 47] и графита (без каких-либо покрытий [47] и со слоем -типа проводимости толщиной содержащим большое количество легирующей примеси — [43]). Наиболее эффективные приборы [43] получают методом химического осаждения из паровой фазы при использовании графитовых подложек с покрытием из Подложка из графита эффективно отводит ток от слоя GaAs, а на границе раздела образуется омический контакт с низким переходным сопротивлением. Элементы, создаваемые на подложках из молибдена и графита без слоя GaAs, из-за низкого качества тыльного контакта имеют худшие характеристики [45, 47].

Процесс изготовления [43] обычных тонкопленочных солнечных элементов на основе превышающим 5%, включает нанесение на графитовую подложку со слоем GaAs методом химического осаждения из паровой фазы (с применением поликристаллического слоя толщиной 50 мкм [47], а затем пленки (перенос осуществляется с помощью водорода). Согласно результатам измерений вольт-фарадных характеристик, концентрация легирующей примеси в равна . В пленках содержится значительно большее количество примеси Просветляющее покрытие из получают посредством вакуумного испарения вещества при температуре подложки около Контакт к пленке осуществляется с помощью индия, наносимого из расплава. Контактная сетка на основе обеспечивает довольно высокое значение коэффициента заполнения вольт-амперной характеристики

При осаждении методом вакуумного испарения образующиеся пленки представляют собой смесь двух фаз — индия и фосфора. Пленки с размером зерен более 1 мкм [45], состоящие из одной фазы, могут быть получены при совместном испарении индия и фосфора из двух источников.

7.6.2 Фотоэлектрические характеристики

Тонкопленочные солнечные элементы на основе площадью изготовляемые методом химического осаждения из паровой фазы [43], в условиях обладают следующими характеристиками: (у элементов с просветляющим покрытием из

Их КПД достигает 4,9%, а при наличии просветляющего покрытия элементов, создаваемых на молибденовых подложках с помощью химического осаждения из паровой фазы и вакуумного испарения в условиях составляет 2,0% при Характеристики элементов в значительной степени зависят от температуры подложки в процессе осаждения Улучшению выходных параметров элементов способствует отжиг на воздухе при температуре 500 °С в течение 10 мин. Причиной получения низких значений является образование выпрямляющего контакта на границе раздела что приводит к появлению на графике световой вольт-амперной характеристики точки перегиба. Солнечные элементы на основе изготовляемые на молибденовых подложках исключительно методом вакуумного испарения [45], также обладают высоким последовательным сопротивлением; их КПД составляет при Более низкие значения элементов, создаваемых на графитовых подложках посредством химического осаждения из паровой фазы в сочетании с вакуумным испарением обусловлены худшими характеристиками тыльного контакта. Эти элементы в условиях имеют

Шэй и др. [43] сообщают, что в условиях ток короткого замыкания тонкопленочных солнечных элементов лишь на ниже, чем у монокристаллических элементов, а абсолютные значения коэффициента собирания носителей заряда примерно одинаковы. Авторы приходят к выводу о том, что даже в тонкопленочных элементах рекомбинация носителей на границе раздела не оказывает существенного влияния на эффективность их собирания. Согласно оценкам, диффузионная длина неосновных носителей в слое тонкопленочных элементов составляет около 0,6 мкм. Спектральный диапазон чувствительности элементов выходит за границу, определяемую шириной запрещенной зоны массивных кристаллов что свидетельствует о существовании хвостов энергетических зон в области границ зерен. При увеличении глубины проникновения хвостов состояний в запрещенную зону напряжение холостого хода понижается. По мнению авторов, наличие хвостов состояний, связанных с дефектами в области границ зерен, не оказывает отрицательного влияния на фототок, но из-за уменьшения напряжения КПД солнечных элементов снижается примерно в два раза. Полагают, что при повышении качества слоя элементов увеличится.

Результаты, полученные Казмерски и др. [45], отличаются от рассмотренных ранее. Снижение чувствительности изготовленных авторами методом вакуумного испарения тонкопленочных

солнечных элементов в коротковолновой области спектра вызвано поглощением излучения в слое тогда как положение границы чувствительности в длинноволновой области соответствует краю поглощения Элементы не обладают чувствительностью к излучению с энергией, меньшей ширины запрещенной зоны рис. 7.3). Более низкие значения коэффициента собирания носителей заряда, чем у монокристаллических элементов, обусловливают меньший ток короткого замыкания. Пониженная эффективность собирания носителей связана с их рекомбинацией внутри пленки содержащей большое количество дефектов, и на границах зерен. В тонкопленочных солнечных элементах, созданных Сайто и др. [46] на молибденовых подложках методом химического осаждения из паровой фазы в сочетании с вакуумным испарением коэффициент собирания носителей в спектральном диапазоне от 0,6 до 0,7 мкм составляет около 0,7. Определенное авторами значение диффузионной длины электронов в пленках равно 0,2 мкм. Столь малая диффузионная длина носителей заряда и является причиной низких значений коэффициента собирания в длинноволновой области спектра (см. рис. 7.3).

Рис. 7.3. Кривые зависимостей коэффициента собирания носителей заряда в тонкопленочных солнечных элементах на основе от длины волны света 1 — монокристаллический элемент, изготовленный исключительно методом химического осаждения из паровой фазы [43];

2 — слой нанесен методом химического осаждения из паровой фазы, слой с помощью вакуумного испарения [46]; 3 — слои получены методом вакуумного испарения [45].

Согласно данным Казмерски и др. [45], при отсутствии освещения зависимость тока от напряжения является экспоненциальной. Диодный коэффициент равен 2,34, что свидетельствует о существовании генерационно-рекомбинационного механизма протекания тока.

Сайто и др. [46] также изготовили на молибденовых подложках тонкопленочные солнечные элементы на основе слоев получаемых методами химического осаждения из паровой фазы и вакуумного испарения соответственно. В условиях элементы имеют при При длине волны света коэффициент собирания носителей заряда равен 0,40. Анализ спектральной характеристики чувствительности показывает, что

вклад в фототок дают лишь те носители заряда, которые генерируются светом в обедненном слое.