Солнечные элементы ITO, SnO2 - GaAs
Исследованы фотоэлементы с гетеропереходами (п -n)SnO2-GaAs и (п -p)SnO2-GaAs, изготовленные методом химического осаждения из паровой фазы [92]. При освещении солнечным светом со спектром АМО для элементов с гетеропереходом (n-n)SnO2-GaAs, обладающих последовательным электрическим сопротивлением 6 Ом, получены значения jsс= 11,4 мА/см2, Voc=0,33 В и коэффициента заполнения вольт-амперной характеристики 0,43. При освещении солнечным светом SnO2 становится отрицательно заряженным электродом, а GaAs — положительно заряженным электродом. В элементах (n-p)SnO2- — GaAs фотоэлектрические свойства выражены слабо. В работе [113] сообщается об удачном изготовлении фотоэлементов с гетеропереходами In2О3 — GaAs. Установлено, что при изгибе энергетических зон на границе раздела In2О3 — полупроводник полярность электродов сохраняется. Значение электронного сродства In2О3 составляет 4,45 эВ. При освещении солнечным светом со спектром АМО элементов с гетеропереходами (n-р) In2O3 - Ga As значения Jsc, Voc и коэффициента заполнения вольт-амперной характеристики составляли 6,17 мА/см2, 0,084 В и 0,28 соответственно.
Рис. 3.6.1. Результаты расчетов влияния толщины слоя изолятора на эффективность туннельного диода ITO - Ga2O3 - р - GaAs при освещении солнечным светом со спектром АМ1 [95].
Потери не отражение от слоя ITО приняты равными ~ 20%; Na = 2 - 1028м-8, Т=300К, I= 92 мВт/см2. ЕF-уровень Ферми.
Хорошие фотоэлектрические свойства обнаружены у элементов (n-n) In2О3 — GaAs. Эти элементы описываются моделью резкого гетероперехода. Хотя природа промежуточного слоя не выяснена, предполагается, что это могут быть Ga2O3, As2O3 или их смесь [95]. Рассчитана теоретическая зависимость эффективности элемента n-ITO — Ga 2О3 — р-GaAs от толщины изолирующего слоя (рис. 3.6.1). Как следует из представленных на рисунке результатов, можно получить эффективность, равную 20%, однако до сих пор не изготовлен ни один элемент с такой эффективностью. Солнечные элементы, состоящие из окислов индия и олова и n-GaAs, были изготовлены Агнихотри и др. [113а]. Пленки IT0 наносились на подложки из n-GaAs методом пиролитического разложения. Омический контакт с Ga As на тыльной стороне создавался при помощи сплава Au-12% Ge. При плотности потока падающего излучения 100 мВт/ см2 были получены значения напряжения холостого хода 0,918 В, плотности тока короткого замыкания 21,2 мА/см2, коэффициента заполнения вольт-амперной характеристики 0,52 и эффективности преобразования энергии 10,7%. Полученные результаты противоречат общей модели SIS-структуры [95], согласно которой n- GaAs не является подходящим материалом для элементов с пленками ITO. Возможно, что в пленках ITO, изготовленных методом пиролитического разложения, электронное сродство имеет более высокое, чем предполагается в работе [113], значение, и именно это способствовало получению более высокой эффективности элементов, наблюдаемой в этих исследованиях. Возможность того, что напыленные пленки обладают большим электронным сродством, обсуждалась также в работе [95]. Электронное сродство в окисном полупроводнике определяется выражением
где
— электростатическая составляющая, обусловленная наличием постоянных двойных заряженных слоев на поверхности окисного полупроводника,
- поляризационная составляющая. Значение
зависит от состояния поверхности окисного полупроводника, и, следовательно, оно будет различным для пленок, изготовленных разными методами.
3.7. Солнечные элементы CulnSe2- ITO
Недавно были изготовлены солнечные элементы с гетеропереходом ITO-CuInSe2 , эффективность которых при освещении солнечным светом со спектром АМI составляет 8,5%, если база выполнена из монокристаллического полупроводника [114]. Если база представляет собой тонкую пленку, то эффективность равна 2,08%. CulnSe2 при ширине запрещенной зоны, равной 1,02 эВ, является подходящим материалом для создания гетеропереходов с пленками ITO [114]. Пленки ITO наносились методом электронно-лучевого испарения. Более высокие характеристики элементов достигались, если температура подложки при нанесении пленки ITO составляла 180°С. Для изучения деградации этих элементов Jsc измеряли при температуре 200°С. Значение Jsc резко упало через 10ч. Вероятная причина деградации - появление промежуточного окисного слоя (SeOx или СихО). Для полного понимания этого явления требуются дальнейшие исследования.
