ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА БАЗЕ КРЕМНИЯ С ПЛАВНЫМ p-n ПЕРЕХОДОМ
Кремниевые солнечные элементы с р-n переходами служат как бы эталонным прибором для всех солнечных батарей. Традиционно во всех солнечных элементах на базе кремния р-n переходы получаются путем легирования поверхности пластин элементами III или V-группы периодической таблицы в зависимости от типа проводимости исходного материала. Известно, что элементы III или V-группы в кремнии отличаются высокой растворимостью и малыми коэффициентами диффузии. Вследствие этого при легирования кремния этими примесями создается достаточно резкий р-n переход. Если учесть, что в солнечных элементах наибольший вклад в фототок вносит генерация носителей тока внутри обедненного слоя, где электрическое поле настолько велико, что электроны и дырки, появляющиеся под действием света, вносятся из обедненного слоя еще до того, как успевают рекомбинировать между собой, то становится очевидным, производство солнечных элементов на базе кремния с плавным р-n переходом является актуальной задачей при разработке нового поколения преобразователей солнечной энергии. Данная цель может быть достигнута за счет использования в качестве легирующей примеси элементов, отличающихся достаточно высоким коэффициентом диффузии в кремнии. Анализ литературных данных свидетельствует о том, что наиболее полно к этим требованиям отвечали бы элементы VI-группы, такие как сера, селен и теллур. Все эти примеси в кремний диффундируются по дисоциативному механизму, образуя твердый раствор замещения. Коэффициент диффузии их на 3-4 порядка выше, чем элементы III и V-группы, а растворимость их вполне достаточна для образования р-n перехода с оптимальной высотой барьера. Среди этих элементов наибольшей концентрацией электрически активных атомов отличается селен. Диффузия селена в кремний осуществлялась из газовой фазы. В качестве исходного материала были использованы пластины монокристаллического кремния марки КДБ с исходной концентрацией бора 2-1016см3. Для оптимизации процесса легирования кремния с селеном давление паров диффузанта варьировалось в пределах 0,11 атм. На основе решения уравнения Менделеева- Клайперона было установлено, что в исследуемом интервале давлений, диффузия селена в кремний осуществлялась из постоянного источника. Отжиг производился при температуре 12500С. После диффузионного отжига с помощью плавиковой кислоты с поверхности пластин стравливалась стеклянная пленка, возникающая в процессе диффузионного легирования кремния с селеном. Для выяснения профиля распределения примеси нами были сняты профили распределения поверхностного сопротивления рп по глубине кристалла. Используя результаты этих исследований, на основе решения уравнения электронейтральности с учетом спектра энергетических уравнений, вносимых селеном в запрещенную зону кремния, были вычислены профили распределения электроактивных атомов селена по глубине кристалла. Результаты расчета показали, что профиль распределения электрически активных атомов селена описывается выражением
