alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2015.19.009alternative-166Research ArticleВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКАRENEWABLE ENERGYИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МНОГОПЕРЕХОДНЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ОДНОСТАДИЙНЫМ И ДВУСТАДИЙНЫМ МЕТОДОМ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОГО ТРАВЛЕНИЯSTUDY OF THE PHOTOVOLTAIC CHARACTERISTICS OF MULTI-JUNCTION SOLAR CELLS FABRICATED BY ONE-STEP AND TWO-STEP SEPARATION ETCHINGКонтрошЕ. В.KontroshE. V.

магистр, аспирант, ФТИ им. А.Ф. Иоффе

MA, postgraduate, Ioffe Institute

kontrosh@mail.ruМалевскаяА. В.MalevskayaA. V.

младший научный сотрудник, ФТИ им. А.Ф. Иоффе

Jr. reseacher, Ioffe Institute

kontrosh@mail.ruЛебедеваН. М.LebedevaN. M.

аспирант, ФТИ им. А.Ф. Иоффе

postgraduate, Ioffe Institute

kontrosh@mail.ruГребенщиковаЕ. А.GrebenshchikovaE. A.

канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник ФТИ им. А.Ф. Иоффе

PhD (physics and mathematics), senior researcher of Ioffe Institute

kontrosh@mail.ruКонтрошЛ. В.KontroshL. V.

магистр, эколог СПбГЭТУ им. В.И. Ленина

MA, ecologist of Electrotechnical University “LETI”

kontrosh@mail.ruИльинскаяН. Д.Il`inskayaN. D.

канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник ФТИ им. А.Ф. Иоффе

PhD (physics and mathematics), senior researcher of Ioffe Institute

kontrosh@mail.ruКалиновскийВ. С.KalinovskyV. S.

старший научный сотрудник ФТИ им. А.Ф. Иоффе

senior researcher of Ioffe Institute

kontrosh@mail.ruФТИ им. А.Ф. ИоффеРоссияIoffe Physical-Technical InstituteRussian FederationСПбГЭТУ им. В.И. ЛенинаРоссияElectrotechnical University “LETI”Russian Federation2015151120150197075Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20152015Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/166

В данной работе проведено исследование влияния постростовой технологии на фотоэлектрические характеристики многопереходных солнечных элементов. Выполнены исследования различных методов химического жидкостного травления структуры многопереходных солнечных элементов (МП СЭ) GaInР/GaAs/Ge, проведен анализ темновых вольтамперных характеристик (ВАХ), определено влияние постростовой технологии на эффективность солнечных элементов. Предложен метод одностадийного разделительного травления структуры, обеспечивающий гладкую боковую поверхность мезы, надежную пассивацию, хорошую стабильность характеристик и высокую эффективность преобразования концентрированного солнечного излучения. В результате проведённых исследований установлено, что применение предложенного метода формирования мезы МП СЭ позволяет снизить поверхностные токи утечки, повысить качество пассивации боковой поверхности мезы чипов и, следовательно, увеличить выход годных многопереходных СЭ до 90–95 % с КПД больше 35 %, (C = 10...100, AM0, 1 367 Вт/м2). Кроме того, технология одностадийного разделительного травления снижает количество операций, стоимость производства чипов и повышает надёжность при эксплуатации СЭ. Данная разработка может применяться для создания высокоэффективных наногетероструктурных концентраторных многопереходных солнечных элементов как для наземных, так и для космических целей.

The present work investigates the influence of the post-growth technology on solar cell photovoltaic characteristics. Moreover, it researches the various methods of chemical wet etching of multi-junction GaInP/GaAs/Ge solar cell mesa structures. The paper pays attention to the analysis of the initial dark current-voltage characteristics and the influence of the post-growth technology on the solar cell efficiency. It suggests the method of one-step separation etching of the mesa structure providing its smooth side surface, a reliable passivation, good stability of characteristics and high conversion efficiency of concentrated solar radiation. As a result of the research, it has been established that application of the proposed method for forming mesa multi-junction solar cells allows reducing the surface leakage current, improving the quality of passivation mesa side surface of a chip and, consequently, increasing the yield of multijunction solar cells up to 90–95% with an efficiency greater than 35% at sunlight concentration C = 10...100. The technology of one-step separation etching reduces the number of operations, the manufacturing cost of the chips and improves the reliability of the solar cell operation.

многопереходные солнечные элементысолнечная энергетикахимическое жидкостное травлениеmulti-junction solar cellssolar energychemical wet etchingReferencesDimroth F., Grave M., Beutel P., Fiedeler U., Karcher C., Tibbits T.N.D., Oliva E., Siefer G., Schachtner M., Wekkeli A., Bett A.W., Krause R., Piccin M., Blanc N., Drazek C., Guiot E., Ghyselen B., Salvetat T., Tauzin A., Signamarcheix T., Dobrich A., Hannappel T. and Schwarzburg K. Wafer bonded four-junction GaInP/GaAs//GaInAsP/GaInAs concentrator solar cells with 44.7% efficiency // Progress in Photovoltaics: Re-search and Applications. 2014. Vol. 22, Iss. 3. P. 277–282.Dimroth F., Grave M., Beutel P., Fiedeler U., Karcher C., Tibbits T.N.D., Oliva E., Siefer G., Schachtner M., Wekkeli A., Bett A.W., Krause R., Piccin M., Blanc N., Drazek C., Guiot E., Ghy-selen B., Salvetat T., Tauzin A., Signamarcheix T., Dobrich A., Hannappel T. and Schwarzburg K. Wafer bonded four-junction GaInP/GaAs//GaInAsP/GaInAs concentrator solar cells with 44.7% efficiency. Progress in Photovoltaics: Re-search and Applications, 2014, vol. 22, iss. 3, pp. 277–282 (in Eng.).Андреев В.М., Евстропов В.В., Калиновский В.С., Лантратов В.М., Хвостиков В.П. Токопрохождение и потенциальная эффективность (КПД) солнечных элементов на основе p-n-переходов из GaAs и GaSb // ФТП. 2009. Т. 43, Вып. 5. С. 671.Andreev V.M., Evstropov V.V., Kalinovsky V.S., Lantratov V.M., Hvostikov V.P. Tokoprohoždenie i potencialʹnaâ èffektivnostʹ (KPD) solnečnyh èlementov na osnove p-n-perehodov iz GaAs i GaSb. FTP, 2009, vol. 43, iss. 5, p. 671 (in Russ.).Kalinovsky V.S., Evstropov V.V. and et al. On de-pendence of the multijunction InGaP/GaAs/Ge, In-GaP/GaAs solar cell efficiency on the sunlight concen-tration // Proc. 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference. Humburg, Gemany, 2009. P. 733.Kalinovsky V.S., Evstropov V.V. and et al. On de-pendence of the multijunction In-GaP/GaAs/Ge, In-GaP/GaAs solar cell efficiency on the sunlight concentra-tion. Proc. 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Humburg, Gemany, 2009, p. 733 (in Eng.).Andreev V.M., Kalinovsky V.S. and et al. // Proc. 25th European Photovoltaic Solar Energy Conference and 5th World Conference on Photovoltaic Energy Con-version. Valencia, Spain, 2010. P. 979.Andreev V.M., Kalinovsky V.S. and et al. // Proc. 25th European Photovoltaic Solar Energy Conference and 5th World Conference on Photovoltaic Energy Con-version, Valencia, Spain, 2010, p. 979 (in Eng.).Патент 2391744 РФ МПК8: H01L 31/18. Способ изготовления чипов фотоэлектрических преобразо-вателей / Андреев В.М., Ильинская Н.Д., Калюжный Н.А., Лантратов В.М., Малевская А.В., Минтаиров С.А // дата приоритета 30.12.2008.Andreev V.M., Ilʹinskaya N.D., Kalyuzhny N.A., Lantratov V.M., Malevskaya A.V., Mintairov S.A. Sposob izgotovleniâ čipov fotoèlektričeskih preobra-zovatelej. Patent 2391744 Russian Federation MPK8: H01L 31/18 (30.12.2008) (in Russ.).Патент 2485628 РФ МПК2011: H01L 31/18. Способ изготовления чипов наногетероструктуры и травитель / Андреев В.М., Гребенщикова Е.А., Задиранов Ю.М., Ильинская Н.Д., Калиновский В.С., Малевская А.В., Усикова А.А. // дата приоритета 20.06.2013.Andreev V.M., Grebenshchikova E.A., Zadiranov Yu.M., Ilʹinskaya N.D., Kalinovsky V.S., Malevskaya A.V., Usikova A.A. Sposob izgotovleniâ čipov nanoget-erostruktury i travitelʹ. Patent 2485628 Russian Federation MPK2011: H01L 31/18 (20.06.2013) (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.