Основными недостатками таких солнечных элементов являются:
1. Сложность технологии изготовления (требуется 8 операций вместо 4 как для солнечных элементов на основе органических полупроводников) [1];
2. Они достаточно дорогостоящи (в 10 раз дороже органических полупроводников);
3. Обладают узкой областью спектральной чувствительности (лишь два-три чувствительны во всей видимой области).
В отличие от солнечных элементов на основе неорганических полупроводников солнечные элементы на основе органических полупроводников обладают широким спектром поглощения и широкой спектральной характеристикой (от 400до 1000нм). Также можно получить высокую фоточувствительность в любой области длин волн (УФ, видимой и ИК).
Известен способ изготовления твердотельного фотогальванического элемента для преобразования энергии света в электрическую энергию, который заключается в следующем: на пластинку арсенида галлия толщиной 0,4 мм, предварительно подвергнутую травлению, наносят тыловой омический электрод из никеля или меди [1]. На противоположную поверхность арсенида галлия наносят в вакууме фоточувствительный слой фталоцианина меди толщиной 20 нм. Слой фталоцианина меди подвергают легированию очищенным кислородом [2]. На слой фталоцианина меди напыляют полупрозрачный электрод из серебра, пропускающий (10÷15)% падающего света. Достоинством данного способа изготовления твердотельного фотогальванического элемента является высокий КПД равный 18,2%. Недостатком данного способа является низкая фоточувствительность по фото-ЭДС в коротковолновой области видимого света (λ=400÷500нм).
Нами получены солнечные элементы с p-i-n-структурой, которые в 10 раз чувствительнее (на длине волны λ=420нм), чем солнечные элементы с гетеропереходом, изготовленные из тех же материалов, то есть GaAs и CuPc (см. таб.1). Данные солнечные элементы в 5-10 раз чувствительнее в пределах длин волн 400-500нм солнечных элементов с гетеропереходом.
Таблица 1. Солнечные элементы с p-i-n-структурой
|
λ,нм |
400 |
410 |
420 |
430 |
440 |
450 |
460 |
470 |
480 |
490 |
500 |
|
(Uxx/P)∙10-4,В/Вт (солнеч. эл. p-i-n-структуры) |
62 |
80 |
100 |
93 |
90 |
88 |
70 |
70 |
60 |
50 |
45 |
|
(Uxx/P)∙10-4,В/Вт (солн.эл. с гетероперех.) |
7 |
9 |
10 |
11 |
12 |
12 |
13 |
15 |
17 |
18 |
19 |
Для получения СЭ p-i-n-структуры использована монокристаллическая пластинка GaAs, который обладает следующими характеристиками: подвижность носителей заряда m=0,85cм2/(В×с), концентрация собственных носителей n0=5×1024 м-3, ширина запрещенной зоны Eg=1,43 эВ при 300К, энергия уровня Ферми Ec-EF=0,02 эВ. Основные характеристики CuPc: μ=2,25×10-5см2/(В×с), n0=2,86×1023 м-3, Eg=2 эВ, Ec-EF=1,4 эВ.
Монокристаллические пластинки n-GaAs любезно предоставлены ФТИ им. А.Ф. Иоффе (г. С.-Пб.), а CuPc синтезирован и очищен двукратной сублимацией в вакууме в Ивановском химико-технологическом университете (концентрация остаточной примеси ≤10-4 %). Пластинка из n-GaAs подвергалась травлению в течение 30 с в растворе H2O2: NH4OH:H2O (1:1:3) с последующим промыванием в дистиллированной воде и высушивалась в парах спирта. На подготовленную пластинку n-GaAs в вакууме (не хуже 10-3 Па) при температуре 473 К наносили омический контакт из Ge + Au, а на другую сторону вакуумной сублимацией наносился слой CuPc с собственной проводимостью (i- слой) и на последний - слой CuPc, легированный кислородом (p- CuPc). Полупрозрачный (t=10-15 %) фронтальный контакт напылялся термическим испарением Ag.
Литература:
- Пат. №2071148 РФ. Способ изготовления твердотельного фотогальванического элемента для преобразования энергии света в электрическую энергию/ М.И. Федоров, В.А. Шорин, С.В. Масленников, С.К. Корнейчук,ВоПИ. Опубл. 27.12.1997. Бюлл. №36.
- А.с.487585 М Кл С 09В 47/04 Способ очистки фталоцианина меди/ Ю.И. Хойнов, М.И. Федоров, М.И. Альянов, В.Ф. Бородкин, В.А. Бендерский, В.Р. Ларионов.-№1773084/23-4; Заявл.13.04.72.-8с.