СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ОСНОВЕ АМОРФНЫХ ПЛЁНОК A-SI0.82GE0.18:Н Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ОСНОВЕ АМОРФНЫХ ПЛЁНОК a-SiUo_GeU 1o:H

Б. А. Наджафов

I

¡S Институт радиационных проблем HAH Азербайджана

г пр. Г. Джавида, 31а, Баку, AZ 1143, Азербайджан

с

а U

с

В работе рассматриваются солнечные элементы Pd/Si0 82Ge018:H (CH = 11,9; 15,2; 19,4; 24,7; 31

^ ат. %), а также p-i-n-структура, где i-слой изготавливался из аморфного a-Si0 82Ge018:H (CH = 31 ат. %).

g Были определены коэффициент качества диода n' при освещении и коэффициент полезного

^ действия п для каждого из элементов.

§ Установлено, что наибольшее значение КПД имеет p-i-n-структура площадью S = 0,9 см2 — при

© освещении светом мощностью P = 100 мВт/см2 п = 7,1 %.

Создание солнечных элементов

В работе рассматриваются некоторые физические параметры тонких пленок а-Я10 82&е0 18:Н и солнечных элементов с барьером Шоттки Р^810 82Се0 18:Н и /—'-«-структурой. Для получения фотогальванического эффекта элемент освещали источником света мощностью 100 мВт/см2. Для получения /-'-«-структуры подложка была выбрана из нержавеющей стали. В качестве покрытия использовались ОИО (окись-индий-олово) толщиной 300 А, которая пропускает 80 % падающего света. Причем '-слой является нелегированным, а коэффициент оптического поглощения а в видимой области спектра достигает 8 • 104 см-1 и описывается следующим соотношением:

ahv = B (hv-Eg)

(1)

где В = 547эВ-1 • см-1 определено экстраполяцией зависимости (айу)1/2 от Иу; Е^ = 1,74 эВ — ширина запрещенной зоны.

Величина цт (произведение подвижности фотоносителей на их рекомбинационное время жизни) для ¿-слоя составляет 10-5 см2 • В-1. Эффективность процесса генерации в нашем случае равна единице [1]. Тонкие р+- и «+-слои имеют толщину 400-500 А и изготавливаются в раз-

hv и к IS S

Alp о и Ö + a-Sl0,82Ge0,18H ел Ö + к 3 * й о §

ZrO,

Я

б

Pd

Рис. 1. Солнечные элементы: a — р-г-я-структуры, в кот-рых t-слой изготавливается из a-Si0 82Ge0 18:H (CH = = 31 ат. %); б — барьер Шоттки Pd/a-Si0 82Ge'018:H (CH = = 11,9; 15,2; 19,4; 24,7; 31 ат. %)

ряде в среде Я1Н4, содержащем 1 % В2Н6 и РН3 (рис. 1, а). Для передних контактов использовали алюминий. Результаты исследований показали, что для солнечных элементов с р-1-и-структурой максимальное значение п = 7,1%, а наилучшие значения плотности тока короткого замыкания Jк = 13,3 мА/см2, напряжения разомкнутой цепи Ут = 1,0 В и эффективности собирания Е, = 0,54 (рис.2, кривая 6). Используя зависимости Jк з от Уж и соотношение [2]

n'kT ( J Vx=-ln I -f3 +1

q \ J о

(2)

определили коэффициент качества диода «' при освещении; его наибольшее значение 2,51. Плотность тока насыщения J0 определяется из экст-рополяции темновой вольт-амперной характеристики. Для /-'-«-структуры J0 = 5 • 10-11А/см2.

Аналогично были созданы солнечные элементы типа барьера Шоттки: Р^а-В10 82Ое018:Н

15

10

5

V, В

Рис. 2. Вольт-амперные характеристики солнечных элементов типа барьера Шоттки площадью 5 = 0,9 см2 при мощности света Р = 100 мВт/см2: 1 — % = 0,51; 2 — \ = 0,46; 3 — \ = 0,47; 4 — \ = 0,48; 5 — \ = 0,51; 6 — \ = 0,54

Статья поступила в редакцию 11.11.2005. The article has entered in publishing office 11.11.2005.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE № 12(32) (2005) Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» АЭЭ № 12(32) (2005)

a

a-Sl0,82Ge0,18H

0

Солнечная энергетика

(Сн = 11,9; 15,2; 19,4; 24,7 и 31 ат. %). Для этой цели была выбрана молибденовая подложка, а в качестве покрытия использовали окись 7г02. Пропускание света для этого покрытия равно 80 %. Чтобы улучшить воспроизводимость и работу солнечного элемента, на подложку наносился тонкий п+-слой а-Я1:Н толщиной 200 А (рис. 1, б). Молибденовая подложка играла роль заднего контакта. Для переднего контакта использовали платину.

На рис. 3 показана зависимость коэффициента полезного действия от концентрации водорода для структуры Р^а-810 82Ое0 18:Н. Для каждого элементов базовый слой был изготовлен при различных концентрациях водорода. Поэтому процесс проводили при различных парциальных давлениях водорода. Видно, что с увеличением содержания водорода для каждого элемента п увеличивается. Это показывает, что водород играет огромную роль при изготовлении фотоэлементов. Количество водорода определяли по методике [3]. На рис. 4 показана зависимость эффективности собирания от длины волны света при потоке фотонов 1017-1018 м-2 • с-1 в режиме короткого замыкания, рассчитанная по данным оптического поглощения для пленки толщиной 1 мкм. При расчете подающий поток фотонов уменьшен на 80 % для учета ограниченного оптического пропускания металлической пленки (кривые 1—5) и аналогично показана эффективность собирания для р-г-п-структуры (кривая 6) при освещении со стороны покрытия ОИО. В случае насыщения фототока, когда все возбужденные светом носители собираются в режиме короткого замыкания, измеренная эффективность собирания не зависит от обратного смещения. Максимум эффективности собирания со-

п, % 9

6

0

10

13

16

19

22

25

28

50

20

15

СО

10

0,3

0,5 0,7

Длина волны, мкм

0,9

31 Сн, ат. %

Рис. 3. Зависимость коэффициента полезного действия от концентрации водорода для солнечных элементов типа Ра/а-810е8:Н (Сн = 11,9; 15,2; 19,4; 24,7; 31 ат. %)

' 0,82 0,1 4 Н '

100

Рис. 4. Зависимость эффективности собирания от длины волны света для солнечного элемента типа барьера Шот-тки (Ра/а-Э10 82Ое0:8:Н): 1 — 11,9 ат. % Н; 2 — 15,2 ат. % Н; 3 — 19,4 ат.% Н; 4 — 24,7 ат. % Н; 5 — 31 ат. % Н; 6 — р-г-п-структура с г-слоем из а-В10 82Ое018:Н (31 ат. % Н)

Характеристические параметры солнечных элементов типа барьера Шоттки Р^а-81082Ое018:Н (Сн = 11,9...31 ат.%) и типа ^-г-и-переходов

№ ^макс, В J макс, МА/СМ2 V» , В JK.3, мА/см2 % п, % Сн, ат. %

P = 100 мВт/см2 P = 80 мВт/см2

1 0,50 5,0 0,71 6,9 0,51 2,4 3 11,9

2 0,5 7,35 0,82 9,8 0,46 3,7 4,6 15,2

3 0,54 8,35 0,85 11,2 0,47 4,5 5,6 19,4

4 0,54 9,40 0,89 12,0 0,48 5,1 6,4 24,7

5 0,65 9,30 0,95 12,5 0,51 6,1 7,6 31

6 (p-i-n) 0,7 10,2 1,0 13,3 0,54 7,1 8,9 31

ответствует длине волны Х< 0,7 мкм. Уменьшение в области больших длин волн в основном объясняется уменьшением значения коэффициента поглощения а для активного г-слоя.

Заключение

Результаты экспериментальных данных показывают, что с ростом количества водорода в базовых материалах КПД солнечных элементов Р^а-810 82Ое018:Н увеличиваются. Из сравнения элементов найдено, что наибольшее п ~ 7,1 % для р-г-п-структуры.

Список литературы

1. Наджафов Б. А. Фотовольтаические эффекты в аморфных пленках a-Si0 80Ge0 20:H // Альтернативная энергетика и экология. 2005. № 3(23). С. 47-51.

2. Brodsky М. Н. Amorphous Semiconductors. Springer Verlag, 1990. P. 290.

3. Наджафов Б. А., Исаков Г. И. Оптические свойства аморфных пленок твердого раствора a-Si-^Ge^iH с различной концентрацией водорода // Журнал прикладной спектроскопии. 2005. Т. 72, №3. С. 371-376.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE № 12(32) (2005) Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» АЭЭ № 12(32) (2005)

3

5

0