Тонкоплівковий сонячний елемент

Тонкоплівковий сонячний елемент, який містить прозору діелектричну підкладку з нанесеними на неї прозорим провідним шаром Іn2О3:SnО2 nтипу провідності, шаром напівпровідника р-типу провідності, металевим електродним шаром, який відрізняється тим, що за діелектричну підкладку вибрана прозора органічна плівка, на яку послідовно нанесені тонкі металеві шини вздовж всієї довжини плівки, шар Іn2О3:SnО2 n-типу провідності, напівпровідниковий шар InP p-типу провідності, легований Zn, між яким та металевим електродним шаром розташований шар Zn. (19) (21) 20040806418 (22) 02.08.2004 (24) 15.11.2006 (46) 15.11.2006, Бюл. №11, 2006р. (72) Родіонов Валерій Євгенович (73) Родіонов Валерій Євгенович (56) Зи С. Физика полупроводниковых приборов.М.: Мир.1984.-С.428-434 SU 1790015, 23.01.1993 RU 2024112, 30.11.1994 EP 0536738, 14.04.1993 JP 57126175, 05.08.1982 US 6300158, 09.10.2001 US 6410362, 25.06.2002 3 (який одночасно виконує роль n шару) та шар аморфного кремнію p типу (Фіг.1). Між цими двома шарами утворюється p n перехід. На шар аморфного кремнію наносять другий електрод. Технічне рішення такої структури достатньо просте, але за умови одержання шарів вакуумним магнетронним напиленням к.к.д. стає стабільним, хоча й невисоким (6-8)%. В основу винаходу поставлено завдання створення тонкоплівкового сонячного елемента, в якому завдяки використанню сучасних технологій та якісному підбору матеріалів, що використовуються в структурах, забезпечується покращення вихідних параметрів сонячного елемента, підвищення к.к.д., зниження енергетичних витрат і за рахунок цього підвищення надійності та довговічності пристрою. Поставлене завдання вирішується тим, що тонкоплівковий сонячний елемент, який містить прозору діелектричну підкладку з послідовно нанесеними на неї: прозорим провідним шаром In 2O3 : SnO 2 n типу провідності, шаром напівпровідника p типу провідності, металічного електродного шару, згідно до винаходу в якості діелектричної підкладки обрана прозора органічна плівка, на яку послідовно нанесені: тонкі металічні шини вздовж всієї довжини плівки, шар In 2O3 : SnO 2 n типу провідності, шар InP ( Zn) p типу провідності, між яким та наступним другим (металічним) електродним шаром розташовують шар Zn . В якості другого електроду можуть бути обрані метали Ni , Cr , Cu , Ag та інші. Конструктивне рішення структури сонячного елемента, що пропонується, зображено на Фіг.2. Порівняємо технічне рішення, що пропонується, з прототипом, де прозорий електрод ( In 2O3 : SnO 2 ) наноситься прямо на підкладку і при цьому має достатньо високий опір 150500Ом/кв. При великих розмірах структури це приводить до значних додаткових втрат електричної енергії. Винахід, що пропонується усуває недоліки, які має вищеописаний прототип. Тонкі металічні смуги (Фіг.2) - канали провідності, котрі нанесені вздовж прозорої органічної плівки, та які мають електричний і механічний контакти з прозорим провідним електродом, дозволяють вирішити завдання усунення суттєвої втрати енергії під час роботи сонячного елемента. Другою суттєвою перевагою конструкції сонячного елемента, що пропонується, є вибір напівпровідникового матеріалу p типу провідності, а саме InP , легованого Zn . В структурі, що пропонується, у зв'язку з тим, що InP ( Zn) має достатньо широку заборонену зону утворюється p n перехід з більш крутим бар'єром, відповідно при цьому відбувається кращий розподіл носіїв, що покращує вихідні параметри роботи сонячного елемента. Крім того, фосфід індію, легований цинком, що застосовується під час реалізації структури, яка заявляється, є напівпровідниковим матеріалом більш стійким до впливу високих рівнів радіації 77251 4 та температур, ніж, наприклад, аморфний кремній, що використовується в прототипі. Таким чином, в p n переході, який пропонується, відсутнє взаємолегування при високих рівнях освітленості та підвищеної температури, що покращує значення вихідних параметрів при роботі сонячного елемента (часова стабільність, строк дії, надійність та довговічність). Введення підшару цинка між шаром напівпровідника InP ( Zn) та другим металічним електродом покращує адгезію, створює гарний омічний контакт з електродом та виключає автолегування шару напівпровідника сторонніми матеріалами, що призводить до підвищення стабільності електричних параметрів сонячного елемента, а це, в свою чергу, стабілізує к.к.д. сонячного елемента в процесі його роботи. Структура тонкоплівкового елемента, що пропонується, може бути одержана наступним чином. Вздовж довжини органічної плівки (поліпропілен, поліетілентерефталат, полістирол, поліамід та ін.) наносять металічні смуги товщиною (20100)мкм, на відстані одна від одної (5-20)мм, шириною (0,3-3,0)мм та товщиною (0,2-1,0)мкм. Матеріалом для смуг можуть бути обрані Ni , Cr , Cu , Ag , Au . Далі методом реактивного ВЧ-катодного (або магнетронного) розпилення мішені In Sn , де Sn(7-15)мас.%, в атмосфері аргон-кисневої суміші наносять прозорий провідний шар In 2O3 : SnO 2 , який одночасно є напівпровідником n-типу для структури p-n переходу. Товщина прозорого провідного шару (0,05-0,50)мкм, опір (5-500)Ом/кв. Далі ВЧ-магнетронним напиленням осаджують шар InP товщиною (0,2-2)мкм, легований Zn з концентрацією (1016-1019)см-3. Далі на шар InP ( Zn) наносять шар Zn товщиною (0,05-0,10)мкм з послідовним нанесенням шару металічного електроду товщиною (0,2-1,0)мкм. Конкретний приклад реалізації Технічні характеристики тонко плівкового сонячного елемента. Товщина прозорої поліамідної плівки - 50мкм. Товщина шару InP2O3:SnO2 - 0,1мкм. Прозорість разом з підкладкою 85% у діапазоні (400-1500)пт та провідність (100-150)Ом/кв. Товщина шару InP(Zn) - 0,7мкм. Товщина шару (Zn) - 0,1мкм. Товщина шару металічного електроду (Au) 0,2мкм. При цьому вихідні параметри мали значення: при легуванні шару IпP цинком, коли його концентрація складала n-(1-3)x1017см-3, Ік.з.=23мА/см2, Их.х.=0,77мV, к.к.д.=13%; при легуванні шару InP цинком, коли його концен16 -3 трація складала n=3x10 см , 2 Ік.з.=27мА/см , Их.х.=0,74мV, к.к.д.=15%. 5 Комп’ютерна верстка В. Сердюк 77251 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601