Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время развитию полупроводниковой солнечной энергетики придается большое значение во всем мире. Достоинство солнечных батарей (СБ), прежде всего, связано с высокой экологичностью. По прогнозам в XXI веке будет происходить массовый переход мировой энергетики на использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии и роль полупроводниковых преобразователей солнечной энергии в этом процессе будет весьма существенной.
С момента появления первых солнечных элементов эффективность преобразования значительно повысилась. На сегодняшний день коэффициент полезного действия (КПД) СБ из монокристаллического кремния (c-Si) достигает 24,7%, а на основе GaAs-25,1% Важнейшее значение солнечная энергетика играет в космической технике. На орбите СБ как источники энергии незаменимы, и это обстоятельство сделало космонавтику одним из основных их потребителей. Однако известно, что эксплуатация СБ в условиях жесткого космического излучения приводит к деградации вольт-амперных характеристик (ВАХ) СБ, ухудшению их основных параметров и уменьшению КПД. Изменение вида ВАХ СБ в результате длительной эксплуатации в космическом пространстве связано с изменением условий переноса носителей заряда и изменением преобладающих механизмов переноса носителей заряда в СБ.
Наиболее широко применяемым материалом для формирования СБ является c-Si, что связано с отработанностью кремниевой технологии. Однако, прежде чем станут возможны крупно масштабные наземные применения СБ на основе c-Si, необходимо снизить их стоимость более, чем на порядок. В этой связи СБ из аморфных полупроводников, в частности a-Si:H, представляют собой новый перспективный подход в направлении разработки дешевых приборов наземного применения. К достоинствам а-Si:H, прежде всего, относятся: 1) дешевизна устройств на его основе и их технологическая совместимость с устройствами на основе c-Si; 2) возможность получения тонких пленок практически на любых подложках - с точки зрения как материала, так и размеров; 3) радиационная стойкость, обеспечивающая стабильную работу приборов в условиях воздействия жесткого ионизирующего излучения; 4) более высокие по сравнению с c-Si коэффициент поглощения и фоточувствительность, обусловленные разу-порядоченностью структуры a-Si:H и наличием в ней водорода.
Наибольшего КПД СБ удалось достичь при использовании р-i-n структур. Наличие широкой собственной нелегированной области (і-области) a-Si:H для создания однородного и максимально большого внутреннего электрического поля обеспечивает поглощение света этой областью и соответственно эффективную работу элемента.
Современные тенденции в технологии некристаллических полупроводников связаны с сохранением высоких оптических и электрофизических свойств материалов при высокой скорости их роста и низкой температуре процесса. Противоречивость этих требований заключается в том, что увеличение скорости роста требует повышения температуры подложки для сохранения у материалов электронных свойств приборного качества, а понижение температуры при сохранении приборных качеств пленок достигается за счет факторов, значительно снижающих скорость роста.
Повышение скорости роста и понижение температуры осаждения слоев на основе a-Si:H может привести к заметному изменению свойств формируемых слоев и p-i-n структуры СБ в целом. Это в свою очередь приводит к изменению условий переноса носителей заряда в отдельных слоях и на границах раздела p-i-n структуры и изменению преобладающих механизмов токопере-носа в СБ.
В связи с этим определение преобладающего механизма переноса носителей заряда как в СБ на основе c-Si, так и в СБ на основе a-Si:H является актуальной задачей. Выявление взаимосвязи между преобладающими механизмами токопереноса, условиями формирования и свойствами СБ будет способствовать целенаправленной оптимизации технологии формирования и конструкции СБ.
