4.6. НОВЫЕ ПУТИ СОЗДАНИЯ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

4.6.1. Многопереходные солнечные элементы с вертикальными переходами

Термин «многопереходный солнечный элемент с вертикальными переходами» применялся для обозначения двух различных типов элементов:

1) освещаемого с торца элемента, составленного из стопки отдельных элементов с -структурой; напряжение холостого хода всего элемента равно сумме отдельных элементов;

2) элемента, содержащего единственный -переход с гофрированной поверхностью.

В каждом из них значительная часть оптического пути световых квантов в поглощающем слое параллельна плоскости перехода. Многопереходный солнечный элемент с вертикально расположенными -переходами, составленными «в стопку», далее для краткости будут называть составными ВМП-элементами, а вертикальные многопереходные элементы с гофрированной плоскостью перехода — гофрированными ВМП-элементами.

Составные ВМП-злементы созданы с целью повышения напряжения холостого хода при работе с концентраторами солнечного излучения. Конструкция элемента показана на рис. 4.23. Элемент изготавливают из большого числа обычных солнечных элементов со структурой , в которой обе -стороны пластины покрыты сплошным контактным слоем. Эти слои облуживают и составляют стопку из 50—100 пластин. Пайку (среднеплавким припоем) осуществляют в печи и затем проводят операции резки по нормали к плоскостям перехода. Изготовление ВМП-элемента завершается полировкой лицевой стороны элемента и нанесением просветляющего покрытия.

Поскольку световые лучи параллельны переходу, возрастает и повышается чувствительность в красной части спектра, а также увеличивается радиационная стойкость. В этом элементе по существу отсутствуют потери, возникающие за счет поглощения света токосъемной сеткой, и лишь ширина паяных соединений вызывает световые потери, составляющие не более 5-7% площади элемента.

Скорость поверхностной рекомбинации на лицевой стороне должна быть небольшой, однако теперь имеется возможность увеличить толщину

Рис. 4.23. Поперечное сечение многопереходного солнечного элемента, составленного из вертикально расположенных -переходов. Типичный составной элемент содержит от 50 до 100 отдельных элементов

Рис. 4.24. Поперечное сечение небольшого участка гофрированного вертикального многопереходного солнечного элемента. Ширина z канавок и выступов варьируется в пределах от 7 до 5 0 мкм

Рис. 4.25. Спектральные зависимости чувствительности обычных (Г) и гофрированных (2) ВМП-элементов, изготовленных по аналогичным технологиям

-слоя и оптимизировать путем соответствующего выбора уровня легирования этого слоя, не задумываясь о поверхностном сопротивлении. Ввиду большого значения , низкой плотности тока и малого контактного сопротивления из-за большой площади соприкосновения элементов между собой составные ВМП-злементы используют в концентраторных системах. Однако, несмотря на это, в 1976 г. значение элементов такой конструкции достигло всего 8% [Goradia and Goradia, 1976], что было обусловлено недостаточной оптимизацией конструктивных параметров.

Ожидают, что в результате оптимизации эффективность преобразования солнечной энергии этими, элементами при высоких концентрациях будет значительно выше, чем традиционными. Однако при этом возникает проблема снижения дополнительных рекомбинационных потерь. Дня ее решения необходимо, чтобы диффузионная длина неосновных носителей заряда была больше, чем толщина каждого -слоя, а это в свою очередь предполагает выбор кремния с более высоким удельным сопротивлением, нежели требуется для получения максимального значения

Поскольку полный ток всего элемента определяется минимальным током отдельного элемента, входящего в стопку, необходимо обеспечить однородность освещения; условие создает дополнительные сложности в случае концентраторных систем.

Гофрированный ВМП-элемент (иногда его называют вертикальным многопереходным элементом с вытравленными канавками) специально создан с целью повышения радиационной стабильности и использования в концентраторных системах [Frank, Goodrich, 1980]. Показанные на

поперечном сечении элемента (рис. 4.24) канавки, ширина которых обычно 7-50, а глубина 150 мкм, созданы путем травления. Скошенные углы на дне канавок служат ловушками для света и автоматически выполняют функции просветляющего элемента по аналогии с конструкцией текстурированного солнечного элемента.

На таких элементах в условиях АМО экспериментально были получены следующие результаты: КПД 13% и [Lindmayer, Wrigley, 1976]. Из рис. 4.25 следует, что спектральная чувствительность элементов в красной области спектра выше, чем у обычных кремниевых солнечных элементов. Конечно, и в этом случае сохраняются проблемы, связанные с необходимостью уменьшения последовательного сопротивления и созданием сетчатого токосъема, занимающего небольшую часть поверхности.