Статья поступила в редакцию 30.09.15. Ред. per. № 2373
The article has entered in publishing office 30.09.15. Ed. reg. No. 2373
УДК 621.382.2/.3
ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
МНОГОПЕРЕХОДНЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ОДНОСТАДИЙНЫМ И ДВУСТАДИЙНЫМ МЕТОДОМ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОГО ТРАВЛЕНИЯ
Е.В. Контрош1, A.B. Малевская1, Н.М. Лебедева1, Е.А. Гребенщикова1,
2 1 1 Л.В. Контрош , Н.Д. Ильинская , B.C. Калиновскии
1ФТИ им. А.Ф. Иоффе РФ 194021, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 26 тел. 8(812) 297-22-45 2СПбГЭТУ им. В.И. Ленина РФ 197376, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 5 тел. 8(812) 346-29-23; e-mail: kontrosh@mail.ru
doi: 10.15518/isjaee. 2015.19.009
Заключение совета рецензентов: 07.10.15 Заключение совета экспертов: 12.10.15 Принято к публикации: 19.10.15
В данной работе проведено исследование влияния постростовой технологии на фотоэлектрические характеристики многопереходных солнечных элементов. Выполнены исследования различных методов химического жидкостного травления структуры многопереходных солнечных элементов (МП СЭ) GaInP/GaAs/Ge, проведен анализ темновых вольтамперных характеристик (ВАХ), определено влияние постростовой технологии на эффективность солнечных элементов. Предложен метод одностадийного разделительного травления структуры, обеспечивающий гладкую боковую поверхность мезы, надежную пассивацию, хорошую стабильность характеристик и высокую эффективность преобразования концентрированного солнечного излучения.
В результате проведённых исследований установлено, что применение предложенного метода формирования мезы МП СЭ позволяет снизить поверхностные токи утечки, повысить качество пассивации боковой поверхности мезы чипов и, следовательно, увеличить выход годных многопереходных СЭ до 90-95 % с КПД больше 35 %, (C = 10...100, AM0, 1 367 Вт/м2). Кроме того, технология одностадийного разделительного травления снижает количество операций, стоимость производства чипов и повышает надёжность при эксплуатации СЭ.
Данная разработка может применяться для создания высокоэффективных наногетероструктурных концен-траторных многопереходных солнечных элементов как для наземных, так и для космических целей.
Ключевые слова: многопереходные солнечные элементы, солнечная энергетика, химическое жидкостное травление.
STUDY OF THE PHOTOVOLTAIC CHARACTERISTICS OF MULTI-JUNCTION SOLAR CELLS FABRICATED BY ONE-STEP AND TWO-STEP SEPARATION ETCHING
E.V. Kontrosh1, A.V. Malevskaya1, N.M. Lebedeva1, E.A. Grebenshchikova1,
2 11 L. V. Kontrosh , N.D. IVinskaya , V.S. Kalinovsky
'loffe Physical-Technical Institute 26 Polytechnicheskaya str., St. Petersburg, 194021 Russian Federation ph.: 8(812) 297-22-45 2Electrotechnical University "LETI" 5 Professor Popov str., St. Petersburg, 197376 Russian Federation ph.: 8(812) 297-22-45, e-mail: kontrosh@mail.ru
doi: 10.15518/isjaee. 2015.19.009
Referred 7 October 2015 Received in revised form 12 October 2015 Accepted 19 October 2015
The present work investigates the influence of the post-growth technology on solar cell photovoltaic characteristics. Moreover, it researches the various methods of chemical wet etching of multi-junction GaInP/GaAs/Ge solar cell mesa structures. The paper pays attention to the analysis of the initial dark current-voltage characteristics and the in-
fluence of the post-growth technology on the solar cell efficiency. It suggests the method of one-step separation etching of the mesa structure providing its smooth side surface, a reliable passivation, good stability of characteristics and high conversion efficiency of concentrated solar radiation.
As a result of the research, it has been established that application of the proposed method for forming mesa multi-junction solar cells allows reducing the surface leakage current, improving the quality of passivation mesa side surface of a chip and, consequently, increasing the yield of multijunction solar cells up to 90-95% with an efficiency greater than 35°% at sunlight concentration C = 10...100. The technology of one-step separation etching reduces the number of operations, the manufacturing cost of the chips and improves the reliability of the solar cell operation.
Keywords: multi-junction solar cells, solar energy, chemical wet etching.
Контрош Евгений Владимирович Evgeny V. Kontrosh
Сведения об авторе: магистр, аспирант, ФТИ им. А.Ф. Иоффе.
Образование: СПбПУ Петра Великого.
Область научных интересов: солнечная энергетика, полупроводники, однопере-ходные и многопереходные наногетерост-руктурные концентраторные солнечные элементы.
Публикации: 9.
Information about the author: MA,
postgraduate, Ioffe Institute.
Education: St. Petersburg Polytechnic University.
Research area: solar energy, semiconductors, single and multi-junction nanostructural concentrate solar cells. Publications: 9.
M, луV.
- С -
'ДО
Сведения об авторе: младший научный сотрудник, ФТИ им. А.Ф. Иоффе.
Образование: СПбПУ Петра Великого.
Область научных интересов: Солнечная энергетика, физика и химия полупроводников, однопереходные и многопереходные наногетероструктурные концен-траторные солнечные элементы, фотолитография.
Публикации: 20.
Малевская Александра Вячеславовна Alexandra V. Malevskaya
Information about the author:
Jr. reseacher, Ioffe Institute.
Education: St. Petersburg Polytechnic University.
Research area: solar energy, physics and chemistry of semiconductors, single and multi-junction nanostructural concentrate solar cells, photolithography.
Publications: 20.
с о
Лебедева Наталья Михайловна Nataliya M. Lebedeva
Сведения об авторе: аспирант, ФТИ им. А.Ф. Иоффе.
Образование: СПбГЭТУ им. В.И. Ленина.
Область научных интересов: солнечная энергетика, физика полупроводников и диэлектриков, однопереходные и многопереходные наногетероструктурные концентра-торные солнечные элементы, фотолитография.
Публикации: 7.
Information about the author:
postgraduate, Ioffe Institute.
Education: Electrotechnical University "LETI", St. Petersburg.
Research area: solar energy, physics of semiconductors and dielectrics, single and multi-junction nanostructural concentrate solar cells, photolithography. Publications: 7.
-О
N
Гребенщикова Елена Александровна Elena A. Grebenshchikova
Сведения об авторе: канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник ФТИ им. А.Ф. Иоффе.
Образование: ЛГУ им. А.А. Жданова.
Область научных интересов: солнечная энергетика, физика и химия полупроводников, однопереходные и многопереходные наногетероструктурные концентраторные солнечные элементы, фотолитография.
Публикации: 39.
Information about the author:
PhD (physics and mathematics), senior researcher of Ioffe Institute. Education: Zhdanov LSU. Research area: solar energy, physics and chemistry of semiconductors, single and multi-junction nanostructural concentrate solar cells, photolithography. Publications: 39.
Сведения об авторе: магистр, эколог СПбГЭТУ им. В.И. Ленина.
Образование: СПбГЭТУ им. В.И. Ленина.
Область научных интересов: солнечная энергетика, однопереходные и многопереходные наногетероструктур-ные концентраторные солнечные элементы, биотехнические системы и технологии защиты окружающей среды.
Публикации: 2.
Information about the author:
MA, ecologist of Electrotechnical University "LEU".
Education: Electrotechnical University "LEU"
Research area: solar energy, single and multi-junction nanostructural concentrate solar cells, biotechnical systems and environmental technology. Publications: 2.
Контрош Лидия Владимировна Lidiya V. Kontrosh
SP
Ильинская Наталья Дмитриевна Nataliya D. Il 'inskaya
Сведения об авторе: канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник ФТИ им. А.Ф. Иоффе.
Образование: ЛПИ им Калинина.
Область научных интересов: солнечная энергетика, физика и химия полупроводников, однопереходные и многопереходные наногетероструктурные концентраторные солнечные элементы, фотолитография.
Публикации: 137.
Information about the author:
PhD (physics and mathematics), senior researcher of Ioffe Institute.
Education: Leningrad Polytechnic institute.
Research area: solar energy, physics and chemistry of semiconductors, single and multi-junction nanostructural concentrate solar cells, photolithography. Publications: 137.
Сведения об авторе: старший научный сотрудник ФТИ им. А.Ф. Иоффе.
Образование: ЛПИ им Калинина.
Область научных интересов: солнечная энергетика, физика полупроводников, однопереходные и многопереходные наногетероструктурные концентра-торные солнечные элементы.
Публикации: 100.
Калиновский Виталий Станиславович Vitaly S. Kalinovsky
м, Sxys,
- G -'m1
с о
Information about the author:
senior researcher of Ioffe Institute.
Education: Leningrad Polytechnic Institute.
Research area: solar energy, physics of semiconductors, single and multi-junction nanostructural concentrate solar cells.
Publications: 100.
Введение
На сегодняшний день наибольшей эффективностью (КПД) преобразования энергии падающего прямого солнечного излучения в электрическую обладают многопереходные наногетероструктурные солнечные элементы (МП СЭ) [1]. В МП СЭ, за счёт увеличения количества фотоактивных р-п--переходов, происходит снижение общего фототока, что в свою очередь требует необходимости учёта влияния туннельно-ловушечного (избыточного) и рекомбинационного (Саа-Нойс-Шокли) механизмов токопрохождения. Эти механизмы отрицательно сказываются на КПД МП СЭ, поскольку вносят существенный вклад в рост поверхностных токов утечки. Для снижения влияния поверхностных токов утечки на КПД МП СЭ разработана технология, которая позволяет формировать ровные боковые поверхности структуры 1пОаР/Оа(1п^/Ое МП СЭ при разделении на чипы в одностадийном процессе жидкостного химического травления.
В приведённом исследовании применялась методика, согласно которой расчёт эффективностей преобразования падающего прямого солнечного излучения созданных 1пОаР/Оа(1п)Л&'/Ое МП СЭ производился на основе анализа темновой вольтамперной характеристики (ВАХ) и связи с зависимостью КПД - ток
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.