Преобразователь солнечной энергии в электрическую Советский патент 1989 года по МПК H01L31/04 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и микроэлектрони.ке, а более конкретно - к полупроводниковым преобразователям энергии солнечного излучения в электрическую энергию.

Известен преобразователь солнечной энергии в электрическую на основе р-п-гетероперехода между слоем селенида кадмия и слоем селенида меди.

Этот преобразователь изготавливают путем термического испарения в вакууме -слоя селенида кадмия на проводящую подложку и нанесения на него слоя селенида меди ртшта образующего барьерный переход с первым слоем. Фототоки этих преобразователей недостаточно велики прежде всего из-за относительно больших значений E-I, 14 ма/см при w; 80 мВт падающего излучения. Незначтельна и величина ЭДС холостого хода

и 0,4 в, что связано с относительно большим значением энергии электронного сродства (а следовательно, и работы выхода) селенида кадмия. Все это приводит к тому, что эффективность преобразователей невысока, их КПД 4%.

Известен преобразователь солнечной энергии в электрическую на основе гетероперехода между слоем халькогенида кадмия п-типа проводимости и слоем халькогенида меди р-типа проводимости.

В качестве халькогенида кадмия используют теллурид кадмия.

Преимуществом CdTe в качестве исходного материала для фоточувствительного слоя является наиболее узкая ширина запрещенной зоны. Применение г.етероструктур халькогенид меди - теляурид кадмия позволяет свести к минимуь1у потери на поверхностную рекомбинацию.

Объемные же рекомбинационные потери остаются высокими, что и обусловливает малую фототоковую чувствительност названных фотопреобразователей. Рекомбинационные потери в CdTe значительно больше чем в CdSe, это наглядно иллюстрируется тем, что величины У преобразователей CdTe такие же и даже меньше, чем у преобразователей - CdSe хотя Ел у селенида кадмия заметно больше чем у теллурида кадмия (1,7 эВ и 1,45 эВ соответственно). Величины фототока преобразователей CdTe при освещении солнечным светом ограничиваются кроме того, недостаточно узкой запрещенной зоной теллурида кадмия. Коэффициент полезного действи преобразователей Си. CdTe порядка 6%.

Целью изобретения является повышение КПД преобразователя.

Указанная цель достигается тем, что слой п-типа выполнен из , при 0,6 X : 0,8.

Изготовление базового фоточувствительного слоя из твердого раствора селенотеллурида кадмия в области значений 0,6 X 0,8 позволяет сохранить относительно незначительные объемные рекомбинационные потери, характерные для фотоэлементов, полученных на основе селенида кадмия при значениях ширины запрещенной зоны (1,35 7 1,4 эВ) несколько меньших ширины запрещенной зоны теллурида кадмия, обеспечивающих более широкий спектральный диапазон чувствительности преобразователя и приводянуих к увеличению фототока. Одновременное выполнение условий: минимум объемных рекомбинационных потерь при минимальной ширине запрещенной зоны, с сохранением достаточно низких значений энергии электронного сродства, что обеспечивает относительно высокие значения фотоЭДС, позволяет повысить эффективность преобразования солнечной энергий в электрическую в 1,5 рзза по сравнению с известными.

П р и м .е р 1. Методом кристаллизации из расплава изготавливали монокристалл селенотеллурида кадмия при . содержании 0,8 молярных частей селена Тео,2 , На одну сторону монокристалла, вырезанного в виде прямоугольной пластины толщиной 5-10 см Вплавляют слой индия, который служит

нижним токосъемным электродом. На противоположную сторону монокристалл CdSe до ,1. методом термического испарения в вакууме наносят прозрачньй вырожденный слой сульфида меди . Толщина слоя Cu.S 500 А, концентрация носителей . Верхний токосъемный электрод из токопроводящей пасты на основе серебра наклеивается непосредственно на слой сульфида меди.

Пример 2. Методом кристаллизации из расплава изготавливается монокристалл селенотеллурида кадмия при содержании 0,6 молярных частей селена Те одну сторону монокристалла вырезанного в виде прямоугольной пластины толщиной 5 10 см вплавляют слой индия, которьй служит нижним токосъемным электродом. На противоположную сторону монокристалла методом термического испарения в вакууме наносят прозрачны вырожденный слой Си, S. Толщина слоя А, концентрация носителей см . Верхний токосъемный электрод из токопроводящей пасты на основе серебра наклеивается непосредственно на слой сульфида меди.

Пример 3. Методом осаждения из паровой фазы поликристаллический слой твердого раствора селенотеллурида кадмия при содержании селена 0,6 молярных частей о.ц наносят на молибденовую либо керамическую с проводящим слоем подложку р-пгетеропереход создается термическим напылением в вакууме прозрачного слоя сульфида меди толщиной 500 А, с концентрацией носителей /ч/10 см . Верхний токосъемный электрод из токопроводящей пасты на основе серебра наклеивают на слой сульфида меди.

Освещение преобразователей производится со стороны халькогенида меди, пропускание которого в спектральной области чувствительности ГП не менее 85%. При поглощении света в твердом растворе генерируются фотопар электрон-дырка. В области объемного заряда, сосредоточенного практически полностью в твердом растворе, халькогенида кадмия, происходит разделение носителей тока. При этом халькогенид меди заряжается положительно, а халькогенид .кадмия отрицательно.

Наилучшие параметры получены на основе преобразователей CdSe j Тео , для которых при падающем излучении мощностью 80 мВт/см Uxx 0,64 В 1, 19,2 мА/см коэффициент заполнения 0,67 коэффициент пол. действия 10,3% Использование заявляемого способа получения фотопреобразователя позволило повысить максимальное значение коэффициента полезного действия для преобразователей на основе халькоге- нидов кадмия. Приведенное выше значение максимального КПД больше известного максимального значения (6%) КПД для - CdTe. Указанное уве личение более, чем в полтора раза коэффициента полезного действия равнозначно снижению стоимости преобраз вателя на ту же величину. Основные 3 преимущества преобразователей на основе халькогенидов кадмия, полученных по данному способу, перед известными кремниевыми фотоэлементами, состоит в том, что при достаточно высокой эффективности преобразования использование соединений может позволить значительно снизить стоимость одного ватта энергии. Это связано с относительно дешевым исходным сырьем, простотой получения как монокристаллов так и поликристаллических слоев соединений , и простотой получения гетеропереходов между халькогенидами меди р-типа и п-типа халькогенидами кадмия и их твердыми растворами, а также возможнох;тью автоматизации всего процесса получения преобразователей .

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ на основе гетероперехода между слоем халькоге- нида кадмия п-типа проводимости и слоем халькогенида меди р-типа проводимости, о тли чающий ся тем, что, с целью повышения КПД преобразователя, слой п-типа . вьшолнен из CdSeTe,_ ^ при 0,6 ? X. ^<:0,8.