4.4. ТЕХНОЛОГИЯ И ПАРАМЕТРЫ ТИПИЧНЫХ КРЕМНИЕВЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

4.4.1. Конструкция солнечного элемента и его зонная диаграмма

На рис. 4.14 схематически показаны поперечный разрез и вид сверху солнечного элемента на основе -гомоперехода в Основой элемента является пластина толщиной 200—500 мкм из монокристалла

Рис. 4.14. Типичная геометрия солнечного элемента: 1 - лицевой сетчатый токосъемный контакт (многослойная система - припой); 2 - просветляющее покрытие; 3 - легированный слой -типа толщиной 0,2 мкм; 4 - слой объемного заряда толщиной 0,5 мкм; 5 - база -типа толщиной 200 мкм; 6 - -слой толщиной 0,5 мкм; 7 - тыльный контакт; 8 - токосъемная шина; 9 - сетчатый токосъем

Толщина пластин выбирается скорее исходя из структурных критериев, чем из требований полного поглощения света. Действительно, в солнечных элементах толщиной 50 мкм получен КПД [Stori е. a., 1980;Chiang е. а., 1978].

Рис. 4.15. Энергетическая зонная диаграмма типичного кремниевого солнечного элемента; толщина -слоя увеличена: 1 - электрическое поле вблизи тыль ного контакта

Слой -типа толщиной 0,4-0,5 мкм создают диффузионным способом, затем наносят электрические контакты и просветляющее покрытие. Зонная диаграмма солнечного элемента приведена на рис. 4.15, а параметры типичного элемента на основе следующие.

Параметры «фиолетового» солнечного элемента

(см. скан)

Переход формируется при диффузии атомов Р или As из газообразных диффузантов или содержащихся в газеносителе. Для подавления образования мертвого слоя поверхностную концентрацию примеси ограничивают. С этой целью иногда добавляют кислород, образующий «диффузионное стекло» на основе которое затем удаляют.

В качестве тыльного контакта обычно используют слой осажденный методом термического испарения в высоком вакууме. Для инициирования диффузии части слоя проводят термический отжиг (например, при температурах 500—800° С в течение 15 мин). Образующийся при этом -слой снижает контактное сопротивление. Для создания достаточно толстого -слоя толщиной 0,2 мкм требуется отжиг при 700—800° С в течение и одновременно образуется электрическое поле, снижающее влияние поверхностной рекомбинации на тыльной поверхности (4.5.2).

Лицевая контактная сетка имеет сложный состав. Наилучшим материалом для контакта могло бы стать серебро, однако оно имеет плохую адгезию к чистой поверхности Для ее улучшения используют промежуточный слой толщиной 40 нм. Однако во влажной среде между происходит электрохимическая реакция, поэтому между ними для предотвращения коррозии часто вводят слой толщиной 20 нм. Лицевой контакт отжигают при 500—600°С в течение 5-30 мин. Для уменьшения сопротивления собираемому току толщина слоя должна быть достаточно большой (около 5 мкм). Для уменьшения последовательного сопротивления солнечного элемента дополнительно наносят припой Pb-Sn, окуная его в расплав, тем самым увеличивая поперечное сечение токосъемной дорожки. Лицевой контакт имеет форму сетки, контактные полоски которой в зависимости от удельного сопротивления и толщины -слоя разделены зазором от 0,03 (в случае фиолетовых элементов) до 0,3 см и соединены общим токосъемом. Контактная сетка и общий токосъем занимают от 5 до 10% общей площади элемента. Многослойный -контакт иногда наносят и на тыльную поверхность, в частности при создании туннельного контакта к -слою, легированному алюминием.

Поскольку в используемом спектральном диапазоне (от 0,35 до 1,1 мкм) коэффициент отражения чистого кремния принимает значение 33—54% [Runyan, 1965], на его поверхность необходимо наносить просветляющие покрытия. Оптимальное однослойное покрытие снижает коэффициент отражения в этом интервале примерно до 10, а двухслойное — до 3%. В качестве просветляющих покрытий используют слои причем последний из них особенно эффективен для солнечных элементов с расширенной областью спектральной чувствительности ввиду его высокого пропускания в УФ-диапазоне.

Об использовании текстурированной поверхности для снижения отражения будет рассказано в 4.4.4. Нанесением просветляющего покрытия заканчивается изготовление солнечного элемента, причем оно служит также для пассивации поверхности и защиты ее от коррозии под воздействием атмосферы. Солнечные элементы, используемые в космосе, дополнительно покрывают стеклом для защиты от протонов низких энергий.