Особенности поглощения излучения в кремнии c поверхностной текстурой и его влияние на свойства фотоэлектрических преобразователей

Исследовано влияние текстурирования фронтальной поверхности и толщины базового поликристаллического и мультикристаллического кремния на основные параметры фотоэлектрических преобразователей энергии. Сопоставлены виртуальные и экспериментальные результаты зависимости фотоэлектрических характеристик от толщины базы.

При проведении экспериментов использована традиционная планарная диффузионная технология. В качестве базового материала применялись кремниевые однослойные эпитаксиальные слои с удельным электрическим сопротивлением 1÷3 Ом·см, выращенные на подложках из низкоомного кремния с 0,001 Ом·см. Формирование эмиттерной области осуществлялось высокотемпературной диффузией. Концентрация легирующей примеси (фосфора) в эмиттерном слое составляла 1019÷ 1021см-3 .

Проведены измерения оптических характеристик фронтальной поверхности созданных фотоэлектрических преобразователей (ФП) и их вольт-амперных характеристик при освещении симулятором солнечного излучения. Произведено слияние результатов измерения основных фотоэлектрических параметров экспериментальных и виртуальных ФП в зависимости от толщины базового кремния. Расчетный анализ влияния толщины базы на фототок короткого замыкания кремниевого ФП с диффузионным р-n-переходом показал, что, если использовать способ текстурирования фронтальной поверхности, можно получить высокие значения плотности тока при существенно меньших значениях толщины. Произведены расчеты некоторых физических параметров процесса поглощения излучения в кремнии, в частности, зависимости глубины проникновения излучения от длины волны. Установлено, что расчетные значения коэффициента отражения от поверхности кремния приблизительно соответствуют экспериментальным данным, полученным для кремниевых ФП.

Полученные результаты подтверждены особенностями изменения глубины поглощения солнечного излучения в объеме кремния после взаимодействия с поверхностным рельефом или текстурой. Представляется целесообразным рассмотреть результаты данной работы в качестве основы для разработки метода по дальнейшему снижению толщины кремниевой базы для создания эффективных фотоэлектрических преобразователей энергии, что важно с экономической точки зрения.

1. Саидов, М.С. Легирование и пассивирование границ зерен солнечного поликристаллического кремния / М.С. Саидов // Гелиотехника. – 2004. – № 4. – С. 84–86.

2. Никитин, Б.А. Экспериментальная оценка коэффициента отражения кремниевых фотоэлектрических преобразователей / Б.А. Никитин, В.А. Гусаров // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2016. – № 7–8. – С. 12–18.

3. Никитин, Б.А.Оценка оптимальных параметров и предельных характеристик каскадных кремниевых фотопреобразователей / Б.А. Никитин, В.А. Гусаров // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). 2015;(21):24–29.

4. Сычикова, Я.А. Ресурсо- и энергосберегающие технологии на основе наноструктурированного кремния / Я.А. Сычикова // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2015. – № 19. – С. 136–141.

5. Алиев, Р. Улучшение оптических свойств наноструктурированием поверхности пленочного кремния, предназначенного для изготовления фотоэлектрических преобразователей энергии / Р. Алиев, К. Адамбаев, С. Алиев // Петербургский журнал электроники. – 2017– № 1 (86) – С. 18–22.

6. Wenham, S.R. Manufacturing of screen printed solar cells through the virtual environment / S.R. Wenham, A. Bruce // Proceeding of PV in Europe - From PV Technology to Energy Solutions: Eds. J.–L. Bal, G. Silvestrini, A. Grassi et al. – Rome, Italy, WIP-Munich and ETA-Florence. – 2002. – P. 240–243.

7. Алиев, Р. Инжекционное усиление фототока в поликристаллических кремниевых <em>p⁺-n-n⁺</em> структурах / Р. Алиев // Физика и техника полупроводников. – 1997. – Т. 31. – № 4. – C. 425–426.

8. Заверюхин, Б.Н. Изменение коэффициента отражения излучения от поверхности полупроводников в спектральном диапазоне λ = 0.2÷20 µm под воздействием ультразвуковых волн / Б.Н. Заверюхин, Н.Н. Заверюхина, О.М. Турсункулов // Письма в ЖТФ. – 2002. – Т. 28. – № 18. – C. 1–12.

9. Алиева, Ж. Об аномальной подвижности носителей заряда в некристаллических полупроводниках / Ж. Алиева, М. Носиров // Узбекский физический журнал. – 2002. – № 2. – С. 133–135.