5.2. СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ОСНОВЕ СТРУКТУР AlGaAs С ГЕТЕРОФАЗНОЙ ГРАНИЦЕЙ РАЗДЕЛА

Ширина запрещенной зоны близка к значению, оптимальному для целей фотоэлектрического преобразования солнечной энергии; в условиях солнечного освещения теоретический предел КПД составляет 26—29%. Высокая подвижность носителей заряда в позволяющая изготовлять из него высокочастотные устройства, более оптимальная, чем в ширина запрещенной зоны и простота изготовления тройных соединений с малым несоответствием параметров решеток выдвигают на роль основного конкурента среди наиболее изученных полупроводниковых материалов.

Арсенид галлия — прямозонный полупроводник с большим коэффициентом оптического поглощения; при спектральном составе падающего солнечного излучения, соответствующего условиям на глубине около 2 мкм поглощается 97% всех фотонов. Почти полное совпадение параметров кристаллических решеток и отсутствие рекомбинационных центров на межфазной границе в изотипном переходе были успешно использованы для устранения потерь, связанных с рекомбинацией носителей на лицевой поверхности в солнечных элементах с гетерофазной границей раздела, и получения в 1983 г. наивысшего КПД среди всех известных типов солнечных элементов.

Высокая стоимость исходного материала и технологии изготовления солнечных элементов обусловили строгую ориентацию производства солнечных элементов на основе для концентраторных систем и космического использования.

5.2.1. Свойства материалов GaAs и AlGaAs

Несмотря на большое содержание в земной коре для сравнения — содержание Си в земной коре промышленный выпуск чистого галлия невысок по современным меркам. Стоимость небольшой партии высокочистого галлия в 1980 г. достигала около 3000 долл. за 1 кг. Однако присутствие в газообразных продуктах сгорания угля позволяет с некоторой гарантией надеяться на появление нового значительного источника после создания соответствующих средств регенерации. Хотя мышьяк также широко распространен в земной коре и легко добываем, химическая технология очистки и дороговизна выпуска малых партий чистого материала в настоящее время таковы, что стоимость полупроводниково-чистого мышьяка также высока (500 долл. за 1 кг).

Арсенид галлия сильно поглощает в видимой области спектра и относится к кубической сингонии со структурным типом цинковой обманки.

Свойства при 300 К (см. скан)

Рис. 5.2. Зависимость концентрации свободных носителей заряда в слоях от содержания в случае четырех типов атомов легирующей примеси. Количество легирующей молярной примеси в расплаве во всех случаях одинаково и равно 0,5%. Слои выращены на подложках с ориентацией (100) при температурах от 810 до 840 °С

большая подвижность носителей заряда обеспечивает диффузионные длины (6—8 мкм в случае слоев легированных германием и выращенных методом жидкостной эпитаксии), вполне приемлемые для достижения высокого квантового выхода. Поскольку соединение при большом содержании гигроскопично, солнечный элемент необходимо защищать влаги.

Выращивание кристаллов обычно осуществляют методом Бриджмена, хотя применим также и метод Чохральского. Во избежание взрыва необходимо крайне осторожно проводить синтез элементов. Ввиду большого различия давлений насыщенных паров при 1240 °С при для сохранения стехиометрии следует в процессе выращивания поддерживать повышенное давление

Кристаллы можно получить также методом химического осаждения из паровой фазы или выращивая их из раствора. Эти способы наиболее распространены при изготовлении солнечных элементов на основе

Примеси Те, являются мелкими донорами, и С — мелкими акцепторами в Элементы IV группы периодической таблицы — амфотерны в их электрическая активность в кристалле зависит от условий выращивания. Например, при температуре около 900 °С атомы замещают атомы в узлах кристаллической решетки и проявляют себя как акцепторная примесь. Вблизи температуры плавления атомы замещают и ведут себя как доноры. Атомы летучи и быстро диффундируют в кристалле, поэтому с их помощью несложно создать диффузионный переход, однако среди наиболее распространенных акцепторных примесей наиболее высокие времена жизни неравновесных носителей получены при легировании атомами Наилучшей донорной примесью, по-видимому, является Те. Из-за низких коэффициентов диффузии атомов и Те их вводят не после, а в процессе выращивания слоев. Как следует из рис. 5.2, электрическая активность легирующих примесей, как правило, снижается с ростом концентрации

Рекомбинационные центры в создают те же атомы, что и в но, кроме того, еще и кислород.

Соединения отвечают требованиям подходящего партнера позволяя в значительных пределах изменить ширину запрещенной

Рис. 5.3. Связь между шириной запрещенной зоны и параметром кристаллической решетки для различных двойных и тройных соединений элементов III и V групп периодической таблицы. Ширина запрещенной зоны в случае прямых переходов показана сплошной линией, для непрямых переходов - штриховой

зоны при изготовлении гетероструктуры, а кроме того, имеет очень близкий к параметр кристаллической решетки (несоответствие параметров решеток между составляет всего лишь 0,16%). Методы выращивания слоев позволяют создавать чистые границы раздела. На рис. 5.3 показана связь между шириной запрещенной зоны и параметром решетки соединений из элементов При ширины запрещенных зон в для прямых и непрямых переходов совпадают; при более высоких значениях ширина запрещенной зоны для непрямых переходов в тройных соединениях меньше (см. рис. 3.9).