Исследование возможности разработки высокоэффективных кремниевых фотопреобразователей с базовой p-i-n структурой

Abstract

Изготовлены и исследованы тестовые образцы фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) с p-i-n структурой на основе очень слабо легированных фосфором кристаллов кремния i(n-)-типа проводимости толщиной около 300 мкм с удельным сопротив-лением 4000 Ом см. Слои р- и n-типа толщиной 1,5 мкм с концентрацией бора и фосфора 1020 см-3 соответственно образованы согласно технологии, используемой в серийном производстве отечественных монокристаллических Si-ФЭП. Плотность фототока JФ, выходные и диодные параметры ФЭП определялись по нагрузочным световым вольт-амперным характеристикам, измеренным при 25 оС в условиях заатмосферного солнечного излучения (режим АМ0 - атмосферная масса равна нулю). Обнаруженное значение JФ = 48,6 мА/см2 является рекордным для отечественных монокристаллических Si-ФЭП, что обусловливает целесообразность разработки серийных Si-ФЭП с p-i-n структурой. Изучено влияние слабоконцентрированного излучения на эффективность работы ФЭП такого типа. Обоснованы предложения по усовершенствованию конструкции Si-ФЭП с p-i-n структурой, обеспечивающему увеличение их КПД до 20%.

Виготовлені та досліджені тестові зразки фотоелектричних перетворювачів (ФЕП) з p-i-n структурою на основі дуже слабо легованих фосфором кристалів кремнію i(n-)-типу провідності товщиною близько 300 мкм з питомим опором 4000 Омсм. Шари р- та n-типу товщиною 1,5 мкм з концентрацією бору та фосфору 1020 см-3 відповідно сформовані згідно до технології, що використовується при серійному виробництві вітчизняних монокристалічних Si-ФЕП. Густина фотоструму JФ, вихідні та діодні параметри ФЕП визначалися за навантажувальними світ-ловими вольт-амперними характеристиками, виміряними при 25оС в умовах заатмосферного сонячного опромінення (режим АМ0 - атмосферна маса дорівнює нулю). Виявлене значення JФ = 48,6 мА/см2 є рекордним для вітчизняних монокристалічних Si-ФЕП, що обумовлює доцільність розробки серійних Si-ФЕП з p-i-n структурою. Вивчено вплив слабоконцентрованого опромінення на ефективність роботи ФЕП такого типу. Обґрунтовано пропозиції по вдосконаленню конструкції Si-ФЕП з p-i-n структурою, що забезпечує збільшення їх ККД до 20%.

Test samples of solar cells (SC) with p-i-n structure on the basis of very poorly phosphorus doped silicon crystals of i (n-)-type conductivity by thickness about 300 ?m with resistivity of 4000 Ohm cm were manufactured and investigated. The р- and n-type layers by thickness 1,5 ?m with boron and phosphorus concentration ~ 1020 cm-3 were prepared according to technology used in serial production of Ukrainian monocrystalline Si-SC. Photocurrent density JP, output and diode parameters of SC were determined from the loading illuminated current-voltage characteristics measured at 25оС and in conditions of extratmospheric solar radiation (АМ0 regime – air mass equals zero). The found out value JP = 48,6 mА/cm2 is the record for Ukrainian monocrystalline Si-SC that causes the expediency of serial Si-SC development with p-i-n structure. The influence of weakly concentrated radiation on the efficiency of such type SC was investigated. The proposals on improvement of Si-SC design with p-i-n structure ensuring their efficiency increasing up to 20% were grounded.