Электрофизические свойства структур для фотовольтаики и их спектральные характеристики

Полученная разница уменьшается с увеличением модуля напряжения и становится незначительной уже при и = 0,8 В, Тем не менее уход относительной разницы в отрицательную область для некоторых контактов не совсем понятен. Также не удалось установить взаимосвязь между ВАХ допированием N и Р областей. Тем не менее, обнаруженная асимметричность указывает на наличие некоторых явлений связанных с самим контактом, а не образцами, его составляющими. Так что несмотря на то что в настоящий момент подробного описания данного эффекта получить не удалось, сам факт его существования дает основания для продолжения исследования данных контактов.

Библиографические ссылки

1. Шаплыгин И. С., Кахан Б. Г., Лазарев В. Б. Получение и свойства соединений Ьп2Си04 и некоторых

их твердых растворов // Журнал неорганической химии. 1979. № 6. С. 1478-1481.

2. Jin K., Butch N. P., Kirshenbaum K. Link between spin fluctuations and electron pairing in copper oxide superconductors // Nature. 2011. Vol. 476. С. 73-75.

References

1. Shaplygin I. S., Kahan B. G., Lazarev V. B. Po-luchenie i svojstva soedinenij Ln2CuO4 i nekotoryh ih tvjordyh rastvorov // Zhurnal neorganicheskoj himii. 1979. № 6. S. 1478-1481.

2. Jin K., Butch N. P., Kirshenbaum K. Link between spin fluctuations and electron pairing in copper oxide superconductors // Nature. 2011. Vol. 476. S. 73-75.

© Коновалов С. О., Зеленов Ф. В., Петров М. И., Попков С. И., 2013

УДК 338.246

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТРУКТУР ДЛЯ ФОТОВОЛЬТАИКИ И ИХ СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

А. Н. Масюгин1, О. П. Пчеляков2

1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31. E-mail: Joker-dd@mail.ru

2Институт физики полупроводников СО РАН имени академика А. В. Ржанова Россия, 630090, г. Новосибирск, имени академика Лавpентьева, 13. E-mail: ifp@isp.nsc.ru

При помощи «Лабораторного комплекса для научных исследований солнечных фотоэлектрических преобразователей» измерены основные электрофизические параметры кремниевых и GaAs солнечных элементов [1]. Проведен анализ полученных результатов для выработки рекомендаций по повышению эффективности СЭ в процессе отработки технологии получения тандемных СЭ GaAs на активной кремниевой подложке.

Ключевые слова: солнечный элемент (СЭ), фотовольтаика, эффективность, вольт-амперная характеристика (ВАХ).

ELECTROPHYSICAL STRUCTURE BEHAVIOR FOR PHOTOVOLTAICS AND THEIRS SPECTRAL CHARACTERISTICS

A. N. Masuygin1, O. P. Pchelyakov2

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russia. E-mail: Joker-dd@mail.ru 2Rzhanov Institute of Semiconductor Physics Siberian Branch of the Russian Academy of Science 13, Lavrentieva prosp., Novosibirsk, 630090, Russia

With the "laboratory complex for research of solar photovoltaic cells" the basic electrical parameters of silicon and GaAs solar cells are measured [1]. The analysis of the results to make recommendations to improve efficiency of solar cells in the process of mining technology for GaAs tandem of solar cells on the active silicon substrate is performed.

Keywords: solar cell (SC), photovoltaics, efficiency, current-voltage characteristics (CVC).

Актуальность работы определяется созданием высокоэффективных каскадных солнечных элементов (СЭ) на основе полупроводниковых соединений Ш-У на дешевых и прочных подложках из кремния, которая является одной из главных задач современной фотовольтаики.

Целью работы явилось освоение методик измере-

ния основных электрофизических параметров кремниевых и ваАБ-солнечных элементов и анализ полученных результатов для выработки рекомендаций по повышению эффективности СЭ в процессе отработки технологии получения тандемных СЭ ваАБ на активной кремниевой подложке.

Решетневскуе чтения. 2013

При помощи «Лабораторного комплекса для научных исследований солнечных фотоэлектрических преобразователей» были проведены экспериментальные исследования трёх СЭ [1]: 1) кремниевый с обратными контактами (81); 2) ваАБ на подложке ваАБ (ваАБ/ваАБ); 3) ваАБ на кремниевой виртуальной подложке (ваАБ/81). Полученные данные основных параметров для 81; ваАБ/ваАБ; ваАБ/81 СЭ - дают возможность определить возможные пути увеличения их эффективности.

Зависимость эффективности кремниевого СЭ от степени концентрации солнечного излучения изображена на рис. 1. На начальном участке графика Eff быстро возрастает до области значения 13,9 % (М = 157), затем начинает монотонно убывать. Эффективность 81 СЭ с обратными контактами при М = 100... 150 должна быть приблизительно равна 24-25 %; в нашем случае максимальная EffMAx = 13,9 % [2].

увеличения интенсивности ВАХ постепенно «заваливается» (приобретает наклон), что указывает на уменьшение величины фактора заполнения характеристики и, соответственно, эффективности СЭ. Анализ показывает, что скорее всего данное падение связано с большим омическим сопротивлением лицевых контактов. Толщина напыленного метала(Аи) составляет примерно 1000 А, что явно не достаточно при токах порядка нескольких ампер. В такой ситуации толщина пальцев контактной сетки должна составлять несколько микрон. Это требует дополнительной технологической операции - утолщения контактов в электролитической ванне [2; 3].

Рис. 1. Эффективность кремниевого СЭ в зависимости от степени интенсивности излучения

КПД 81 СЭ с обратными контактами оказался относительно низким предположительно по двум причинам:

1) независимое измерение времени жизни носителей заряда в СЭ дало значение около 10 мкс, в то время как для высококачественного 81, полученного зонной плавкой, оно должно составлять примерно 300 мкс. Величина времени жизни носителей зависит прежде всего от качества 8102 - пасивирующего покрытия на контактной и планарной стороне СЭ, а также объемного времени жизни носителей. Поэтому приходится сделать вывод, что технология пассивации в данном случае не доведена, что указывает на необходимость ее дальнейшего усовершенствования;

2) существенной причиной уменьшения эффективности является уменьшение фактора заполнения при высокой концентрации солнечного излучения. Для устранения этого недостатка при высоких степенях концентрации солнечного излучения рекомендуется уменьшить омическое сопротивление контактной сетки за счет увеличения толщины алюминиевых планарных пальчиковых контактов.

На рис. 2 представлены ВАХ при разной степени интенсивности излучения ваАБ/ваАБ СЭ. По мере

Рис. 2. ВАХ ОаАБ/ОаАБ-СЭ

Получив данные основных параметров, мы провели сравнительный анализ структуры ваАБ солнечного элемента на виртуальной кремниевой подложке по отношению к полностью аналогичной структуре ваАБ на подложке ваАБ, рассмотренной выше. Графики ВАХ и зависимости напряжения от мощности СЭ ваАБ/81 представлены на рис. 3.

Рис. 3. ВАХ СЭ ОаАБ/81 при разных концентрациях солнечного излучения и зависимость мощности от напряжения

Эффективность ваАБ СЭ на виртуальной кремниевой подложке (10,1 %) оказалась низкой в сравнении с эффективностью ваАБ СЭ на подложке ваАБ (-22 %) при М = 1. Относительно невысокое напряжение холостого хода (0,73У при М = 1) ваАБ^ СЭ в сравнении с ваАБ/ваАБ СЭ (0,95 У при М = 1) указывает на несовершенство границы раздела между виртуальной подложкой и ваАБ солнечным элементом, т. е. на высокую плотность прорастающих дислокаций, которая существенно выше критической величины 106 см-2 [2].

Отметим, что параметры кристаллических решеток кремниевой подложки и рабочего ваАБ элемента различаются, в отличие СЭ ваАБ на ваАБ подложке. В связи с этим у структуры ваАБ^, выращенной на виртуальной кремниевой подложке (противодислока-ционный фильтр), назначение которой - переход от постоянной решетки кремния к кристаллической решетке ваАБ, низкая эффективность. От качества виртуальной подложки (плотности прорастающих дислокаций) в основном и зависит совершенство ваАБ-каскада солнечного элемента.

Из вышеуказанного следует, что для увеличения КПД ваАБ^ СЭ необходимо дальнейшее усовершенствование качества виртуальной подложки.

Библиографические ссылки

1. Лабораторный комплекс для научных исследований солнечных фотоэлектрических преобразователей. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. СПб. : ЗАО «Техноэксан» ; инновационная компания ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН, 2010. 39 с.

2. Андреев В. М., Грилихес В. А., Румянцев В. Д. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного излучения. Л. : Наука. Ленингр. отд-ние, 1989. 310 с.

3. Зи С. Физика полупроводниковых приборов : в 2 кн. Кн. 2 / пер. с англ., изд. 2-е перераб. и доп. М. : Мир, 1984. 456 с. : ил.

References

1. Laboratornyj kompleks dlja nauchnyh issledovanij solnechnyh fotojelektricheskih preobrazovatelej. Tehnicheskoe opisanie i instrukcija po jekspluatacii. SPb. : ZAO «Tehnojeksan» innovacionnaja kompanija FTI im. A. F. Ioffe RAN, 2010. 39 s.

2. Andreev V. M., Grilihes V. A., Rumjancev V. D. Fotojelektricheskoe preobrazovanie koncentrirovannogo izluchenija. L. : Nauka, 1989. 310 s.

3. Zi S. Fizika poluprovodnikovyh priborov : v 2-h knigah. Kn. 2 / per. s angl. 2-e pererab. i dop. izd. M. : Mir, 1984. 456 s., il.

© Масюгин А. Н., Пчеляков О. П., 2013

УДК 530.557.11

ПИК-ЭФФЕКТ НА ГИСТЕРЕЗИСНЫХ ЗАВИСИМОСТЯХ НАМАГНИЧЕННОСТИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ

В. А. Нурдавлетова1, Д. М. Гохфельд2

1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

2Институт физики имени Л. В. Киренского СО РАН Россия, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50. E-mail: dir@iph.krasn.ru

Построены гистерезисные зависимости намагниченности от поля при разных температурах. По этим зависимостям были определены и построены значения критических токов от поля и температуры. Рассчитана сила пиннинга. Произведен скейлинг зависимости силы пиннинга от поля.

Ключевые слова: сверхпроводники второго рода, пик-эффект, пиннинг, петли намагниченности, критический ток, сила пиннинга, скейлинг.

PIC-THE EFFECT ON MAGNETIZATION HYSTERESIS DEPENDENCE OF HIGH TEMPERATURE SUPERCONDUCTORS

V. A. Nurdavletova1, D. M. Gohfeld2

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russia 2Kirenskiy Institute of Physics Siberian Branch of the Russian Academy of Science 50, Academgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russia. E-mail: dir@iph.krasn.ru

The hysteresis dependence of the magnetization of the field at different temperatures is structured. On the bases of this data the critical currents of the field and temperature are constructed and identified. The pinning force is calculated as well as the scaling depending on the pinning force of the field is established.

Keywords: type-II superconductors, the peak effect, pinning, the magnetization loop, the critical current, pinning force, scaling.