6.3.3. Снижение рекомбинации на межкристаллитной границе

Для снижения потерь, обусловленных наличием межкрнсталлитных границ в поликристаллических солнечных элементах, существуют три основных способа: 1) нейтрализация электрической активности состояний на межзеренной границе путем введения примесей определенного сорта; 2) преимущественное «обволакивание» участков пересечения границ зерен и -перехода диэлектриком; 3) включение границы зерна в качестве составной части в -переход путем локального диффузионного легирования межзеренной границы до приобретения ею противоположного типа проводимости (например, граница приобретает проводимость -типа в поглощающем слое -типа), т.е. путем создания аналога вертикального многопереходного солнечного элемента (см. рис. 4.24).

Нейтрализацию состояний на межкристаллитной границе исследовали во многих работах. Использовали отжиг в среде атомарного водорода в целью увеличения проводимости поперек межзеренных границ в бикристаллах Si [Seager, Ginley, 1979; Seager е.а., 1980]. Этот способ эффективно устранял все поддававшиеся измерению барьеры (при 300 К) на глубинах до мм. В предварительных исследованиях поликристаллических кремниевых солнечных элементов с размером зерен мм было достигнуто некоторое увеличение Эти элементы с -переходом изготовляли традиционным методом диффузии и после нанесения контактов отжигали в среде атомарного водорода. Известны и другие рабрты по пассивации межзеренных границ в среде

Установлено, что добавка Си частично снижает потери на межкристаллитных границах и повышает КПД кремниевых поликристаллических солнечных элементов [Daud, Koliward, 1978]. Медь вводили путем диффузии с поверхности полученного методом плавки, и в процессе выращивания

кристалла методом Чохральского до формирования -перехода диффузией фосфора. Хотя после введения Си КПД мелкозернистого материала ( мм) значительно (примерно на 15 %) возрастал, в материале с большими размерами зерен (7 1 мм) наблюдали противоположный эффект: КПД снижался примерно на Наибольшее влияние оказывала добавка на . В частности, максимально изменялся ход темновой вольт-амперной характеристики при низких напряжениях, где что как раз предсказывалось теорией Фоссума и Линдхольма.

При нанесении субмонослоя на скорость поверхностной рекомбинации снижалась не менее чем на порядок [Nelson е.а., 1980]. Можно ожидать аналогичного эффекта на границах зерен в поликристаллических слоях из этого материала.

Способ электрической изоляции межкрнсталлитных границ с помощью диэлектрика применен в случае солнечного элемента с барьером Шоттки Сначала на поверхности селективным анодированием выращивали толстый слой оксида, а затем стравливали его в оставляя тонкий слой им) на открытой поверхности зерен и толстый (не менее 10 нм) на внутренних границах. После этой процедуры осаждался слой и формировался барьер Шоттки. Без обволакивания межзеренных границ оксидом они имели -тип проводимости (возможно, из-за диффузии примесей из слоя в процессе его выращивания методом химического осаждения из паровой фазы) и сильно закорачивали солнечный элемент. После пассивации токи утечки снижались в 105—106 раз.

Третий подход к устранению влияния поликристалличности материалов в солнечных элементах - использование границ столбчатых кристаллитов в качестве составной части -перехода в вертикальных многопереходных солнечных элементах (см. рис. 4.24). Для его реализации межзеренные границы локально легировали атомами Р, диффузионно вводившимися при низких температурах. В результате следующей высокотемпературной диффузии образовывался высоколегированный слой -типа, покрывающий часть поверхности каждого зерна Stefano. Cuomo, 1977].

Переход, образованный вокруг каждого зерна, способствует собиранию носителей заряда, которые прежде рекомбинировали на межзеренной границе. Граница зерна по-прежнему пересекает основной -переход, однако это пересечение уже не находится в сильно освещенной области. Конечно, требуется ювелирная точность при проведении указанного процесса во избежание закоротки из-за возможного смыкания -перехода с тыльным контактом.