Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование гетеропереходных солнечных элементов типа HIT

Сведения об участнике
ФИО
Маслов Алексей Дмитриевич
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Физика и астрономия
Раздел области наук
Физика конденсированных сред. Физическое материаловедение
Тема
Исследование гетеропереходных солнечных элементов типа HIT
Резюме
В данной работы было изучено распределение напряженности электрического поля в толщине активной области элемента типа HIT компенсационным методом нестационарной фотопроводимости. Путем сравнения теоретически рассчитанных и экспериментальных результатов были сделаны выводы о влиянии локализованных состояний в слоях аморфного кремния, рекомбинационных центров и ловушек на неоднородное значение напряженности электрического поля.
Ключевые слова
Солнечные элементы типа HIT, компенсационный метод нестационарной фотопроводимости, распределение электрического поля в активной области солнечного элемента.
Цели и задачи
Целью данной работы являлось изучение распределения электрического поля в активной области солнечного элемента выполненного по технологии HIT.
Для этого решались следующие задачи:
1. Теоретическая оценка значения напряженности электрического поля по толщине структуры;
2. Экспериментальная оценка значения напряженности электрического поля по толщине структуры.
Введение

Наиболее важной частью любого солнечного элемента является активная область со встроенным электрическим полем, выполняющим функции разделения и транспорта носитилей заряда. Любые неоднородности поля приводят к нарушению нормального хода того или иного процесса. Таким образом важно знать как распределение поля по толщине активной области, так и причины его неоднородности.

Методы и материалы

В качестве объектов исследования были выбраны структуры состоящие из гетероперехода с-Si/a-Si:H, которые являются базовой частью солнечных элементов типа HIT. С целью изучения перехода между слоями аморфного кремния и их влиянием на структуры были изучены так же структуры на основе p-i-n перехода. Образцы были изготовлены в ФТИ им. Иоффе и НТЦ "Тонкопленочные технологии в энергетике", г. Санкт-Петербург.

Для измерения встроенного электрического поля использовалась установка, реализующая компенсационный метод нестационарной фотопроводимости.  Метод основан на методике Гехта - измерения собранных носитилей заряда G на электродах сендвич структуры. Носители заряда генерируются путем облучения импульсом монохроматического света. Напряженность встроенного электрического поля определяется по величине импульса напряжения V0 и толщине исследуемой структуры d. Напряжение V0 необходимо приложить навстречу встроенному полю, чтобы компенсировать переходной фототок.  При этом обеспечивается условие, что коэффициент собирания фотогенерированных носителей равен нулю. Координата сечения xc, в которой определяется напряженность встроенного поля, определяется из решения численным методом. Измерения проводятся в автоматизированном режиме в диапазоне длин волн от 300 до 1200 нм. Предварительно для каждой структуры измеряется спектральная зависимость коэффициента оптического поглощения α(λ).

 

Описание и обсуждение результатов

На основе классических представлений о модели образования переходов для p-i-n структуры расчетное значение напряженности электрического поля равно 20 кВ/см. При этом поле распределено равномерно. Для гетероперехода a-Si:H/c-Si напряженность оказалась равна 25 кВ/см. Электрическое поле распределено равномерно.

Экспериментальные результаты, полученные компенсационным методом нестарционарной фотопроводимости, оказались меньшими, чем расчетные. Для p-i-n структуры 5 кВ/cм, для гетероперехода c-Si/a-Si:H 20 кВ/см. При этом распределение электрического поля по толщине структуры оказывается неравномерным.

Эта разница между теоретическими и экспериментальными значениями может быть объяснена по следующим причинам. В щели подвижности слоев аморфного кремния высокая плотность локализованных состояний. Эти состояния могут играть роль рекомбинационных центров и ловушек для носителей заряда. Кроме того, в реальном случае, часть носителей заряда рекомбинирует в результате дрейфа через структуру. Обычно при теоретических расчетах этот факт не учитывается. Соответственно, кинетические свойства материалов ухудшаются вследствие неравномерности распределения электрического поля по толщине активной области солнечных элементов.

Таким образом, в теоретических моделях и расчетах важно учитывать вышеперечисленные факторы. Экспериментальные методы позволяют получить эмперические коэфициенты для физических моделей, что позволит увеличить точность математических вычислений параметров солнечных элементов. 

 

Используемые источники
1. N.V. Vishnyakov, S.P. Vikhrov, V.G. Mishustin, D.V. Almazov, V.G. Litvinov, V.V. Gudzev The measurement of electric field distribution in the barrier structures based on disordered semiconductors by using the transient photocurrent compensation method. Journal of nanoelectronics and optoelectronics, Vol. 9, 773 – 777 (2014).
2. Vikhrov, S.P., Vishnyakov, N.V., Maslov, A.A., Mishustin, V.G., Analysis and Refinement of Mathematical Tools for Modified Time-of-Flight Method, Semiconductors, Vol. 36, No. 4, P. 410–413 (2002).
3. Vishnyakov, N.V., Vikhrov, S.P., Mishustin, V.G., Avachev, A.P., Utochkin, I.G., Popov, A.A., Formation of Potential Barriers in Undoped Disordered Semiconductors, Semiconductors, Vol. 39, No. 10, P. 1147–1152 (2005).
Information about the project
Surname Name
Maslov Aleksei
Project title
Investigation of heterojunction HIT solar cells
Summary of the project
HIT solar cells are one of the most prospect silicon cells due to their efficiency and cost. It is necessary to optimize parameters and construction of these cells for obtaining high values of efficiency. For this purpose it is necessary to understand physical processes that present in such cells. The active layer with built-in electric field is the one of the most importnant parts in solar cells. The field separates charge carries from each other allows them to drift toward their electrodes. Distribution of electric field across the active layer affects the key parameters as short-curcuit current, open-circuit voltage, fill factor and efficiency. In this work the distribution of electric field across the active layer of HIT solar cells by compensation method of transient photoconductivity is investigated. Comparison between theoretical calculations and experimental results is done. Conclusions about influence of localized states in amorphous silicon layers, recombination centers and trapes on non-uniform electric field distribution are made.
Keywords
HIT solar cells, compensation method of transient photoconductivity, distribution of electric field across the active layer of solar cells