1.5.3 Фотоэлементы на основе кристаллических пленок CdTe

Теллурид кадмия является одним из перспективных материалов для производствавысокоэффективных и дешевых солнечных модулей. Этот материал является прямозоннымполупроводником с большим коэффициентом оптического поглощения (~105 см-1) ввидимом диапазоне и имеет почти идеальную ширину запрещенной зоны (1,5 эВ) для ячеек содним переходом. Благодаря этому пленка CdTe толщиной всего несколько микронпоглощает ~90% солнечного излучения. В настоящее время разработаны разнообразныепромышленно эффективные технологии получения пленок CdTe, такие как сублимация,осаждение из аэрозоля или «мокрая» печать, рост из раствора, электроосаждение, различныефизические методы испарения/осаждения. Все эти методы позволяют получать пленки CdTeбольшой площади с большой скоростью осаждения: ~1 м2/мин. Рекордная эффективностьячейки на основе CdTe составляет 16,5%, модуля коммерческого размера –11%; а типичныекоммерческие модули имеют эффективность 7–9%.

Ячейка на основе CdTe состоит из стеклянной подложки с нанесенным слоемпрозрачного проводника (SnO2:F, In2O3 или Zn2SnO4), затем n-CdS (<100 нм), далее p-CdTe(1-3 мкм), поверх которого наносится металлический электрод (Ni-Al). Свойства этих ячеекне сильно зависят от вариаций технологических параметров получения пленок, что удобнодля промышленного производства. Критическими аспектами технологии являютсярекристаллизация пленок CdTe с использованием CdCl2 в качестве флюса, а такжепредотвращение диффузии Ni в пленку СdTe при формировании металлического электрода(для этого в состав электрода вводят небольшое количество меди).

Основными недостатками этих фотоэлементов являются экологические имедицинские проблемы, связанные с вредным влиянием кадмия. Однако проведенныеисследования показывают, что все требования безопасного производства и утилизации этихфотоэлементов могут быть соблюдены при вполне умеренных затратах.

1.5.4 Фотоэлементы на основе кристаллических пленок CuInSe2 (cis)

CuInSe2 является еще одним перспективным материалом для солнечных элементов.Современный рекорд эффективности для лабораторных устройств на основе CIS сдобавлением Ga составляет 19,5%, что превышает эффективность элементов наполикристаллическом кремнии. Модули коммерческого размера имеют эффективность более13%. Типичная структура ячейки на основе CIS состоит из подложки (натриево-кальциево-

силикатное стекло, или гибкая подложка из нержавеющей стали или полиимида), на которуюнанесен Мо (1 мкм; осаждается при комнатной температуре), затем слой Cu(In-Ga)Se2 (~1мкм), затем CdS (~70 нм), поверх которого наносится прозрачная проводящая пленка ZnO(~350 нм). Были также изготовлены ячейки с эффективностью 18,6%, не содержащие кадмия,

в которых CdSзаменен на ZnS. Для получения крупнокристаллических пленок CIGSвысокого совершенства на разных этапах их синтеза варьируют стехиометрию по меди ииндию. Одним из ключевых аспектов технологии является присутствие натрия, для чегоиспользуют Na-содержащее стекло или натрий вводят дополнительно в виде различныхсолей в случае использования металлических или полимерных подложек. Недостатком этих

устройств является сложность получения высококачественных пленок CIGS, обусловленнаясложностью фазовой диаграммы этого четверного соединения, а также деградация свойств врезультате атмосферного влияния. Для повышения надежности и ресурса работыфотоэлементов на основе пленок CIGS необходимо понять механизмы деградации ихсвойств и разработать эффективную технологию их герметизации для длительного

использования в условиях атмосферы.