1.5.2 Фотоэлементы на основе кристаллических пленок кремния

Материалом альтернативным и монокристаллическому, и аморфному кремниюявляются поликристаллические пленки кремния. Поликристаллический Si устойчив квоздействию солнечного излучения аналогично монокристаллическому материалу и приэтом обеспечивает более высокую эффективность фотопреобразования, чем аморфныйкремний. Благодаря высокой электропроводности кремния фотоэлементы на основе

поликристаллического материала не требуют применения прозрачного электрода. Однако втаких элементах необходимо использовать светопоглощающий слой, поскольку оптическоепоглощение в поликристаллическом кремнии намного меньше, чем в аморфном.Электрические свойства поликристаллического кремния, в частности время жизни носителейзаряда, определяющие эффективность фотопреобразования, зависят от размера и ориентациикристаллитов. В настоящее время разработано несколько способов производстваполикристаллических пленок кремния, например, химическое осаждение из паровой фазы cиспользованием горячего филамента (hot-wire CVD), или газотранспортный метод сиспользованием йода. Оба метода обладают высокой скоростью осаждения – до 3 мкм/мин,однако второй метод имеет некоторые преимущества: он работает при атмосферномдавлении и позволяет получать крупнокристаллические пленки с размером кристаллитов 5-20 мкм. Еще один метод получения поликристаллических пленок кремния – индуцированная

металлами кристаллизация аморфной пленки кремния. В отличие от первых двух методов,когда поликристаллические пленки получаются прямо в процессе осаждения, в этом методепроисходит кристаллизация аморфной пленки в результате ее контакта с металлом, которыйускоряет кристаллизацию. Типично процесс проводят при температурах 450-600оС и

времени от 10 до 70 часов. (Средняя скорость распространения фронта кристаллизациисоставляет 2-3 мкм/ч при 550оС.) Оказывается, что скорость кристаллизации можноувеличить, если процесс проводить в постоянном электрическом поле умереннойнапряженности. Например, при напряженности поля 80 В/см время кристаллизации при500⁰С составляет всего 10 мин.

Эффект индуцирования кристаллизации аморфного кремния присущ многимметаллам. Эти металлы условно разделяют на две группы: образующие эвтектику скремнием (например:Al, Au, Ag) и образующие силициды (например: Ni, Pd). Наиболееинтенсивно изучаются такие инициаторы кристаллизации, как Al и Ni, поскольку онишироко применяются в технологии полупроводниковых устройств. Несмотря на то, чтоэффект индуцирования кристаллизации известен около 40 лет, его механизм остается еще вомногом непонятным. Метод индуцированной кристаллизации позволяет получить пленкикремния высокого совершенства, состоящие из больших кристаллитов вплоть до 100 мкм впоперечнике, при этом в ряде случаев получаются текстурированные пленки кремния.

Кроме этого метода в настоящее время разрабатываются специальные методы,позволяющие получать текстурированные пленки кремния и германия: осаждение нанаклонную подложку (InclinedSurfaceDeposition- ISD), осаждение в присутствии пучка ионоввысокой энергии, направленного под определенным углом к подложке(IonBeamAssistedDeposition - IBAD), осаждение на металлическую подложку с биаксиальнойтекстурой. Первые два метода отличаются универсальностью и позволяют формироватьтекстурированные пленки различных материалов практически на любых, в том числеполикристаллических и аморфных, подложках. Недостатками этих методов являются ихбольшая энергозатратность и необходимость использования высокого вакуума, что делаетзатруднительным промышленное масштабирование этих технологий. Третий метод ужешироко используется для формирования текстурированных пленок YBa2Cu3Ox. Высокоориентированные пленки германия также были получены на биаксиально текстурированныхметаллических лентах. Это позволило создать солнечный модуль на основе тонких пленоксоединений III-V групп с эффективностью 30%. По этой технологии в 2008 году в США

организовано промышленное производство солнечных модулей (компания Wakonda).