МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ ПОГЛИНАЮЧОЇ ПОВЕРХНІ СОНЯЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Abstract

У статті розглянуті та проаналізовані основні вимоги до тонкоплівкових сонячних елементів: наявність базового шару з більшим показником поглинання оптичного випромінювання; при утворенні гетеропереходу, необхідний відповідний широкозонний шар; забезпечення ефективного збору зарядів шляхом електричного сполучення шарів; надійність омічних контактів. Виявлено основні складності, пов'язані з виробництвом тонких плівок, а саме з теоретичними і практичними труднощами: границі зерен впливають на рекомбінацію, струмоперенесення, дифузію й сегрегацію; існує проблема контактних явищ для структур з декількох матеріалів через необхідність електричного сполучення різних шарів сонячного елемента; точкові дефекти в тонкоплівкових сонячних елементах, недостатньо вивчені. Визначено, що при виготовленні сонячних елементів, важливо оцінити якість кожного з його шарів на етапі нанесення для того, щоб реально уявляти про їх кристалічну структуру, хімічний склад, оптичні й електричні властивості. Відзначається, що при тривалій експлуатації сонячних панелей і сонячних батарей, відбувається значне зниження їх продуктивності, через погіршення основних параметрів: коефіцієнта корисної дії й вихідної потужності. Запропоновано, розглянути дослідження фізичних процесів у структурі напівпровідникового шару сонячного елемента, а також вивчення фізичних властивостей тонких плівок для сонячного елемента, на основі наступних основних методів дослідження: сканувальна зондова (ємнісна) і тунельна мікроскопія (спектроскопія); атомна силова мікроскопія; рентгеноскопія; електронний мікроаналіз; сканувальна електронна мікроскопія; еліпсометрія; спектроскопічна еліпсометрія; електронна оже-спектроскопія; масспектрометрія вторинних іонів; фотолюмінісценція ; сканувальна лазерна мікроскопія Показана також можливість застосування цілого ряду оптичних, електричних, рентгенівських та інших досліджень, для оцінки якості плівок, що становлять структуру сонячного елемента, а також їх використання, для оцінки технологічних процесів при виготовленні сонячного елемента. Обґрунтовано, що застосування описаних методів, сприяє розробці надійних, ефективних і дешевих сонячних елементів, однак очевидно, що жоден метод діагностики, не здатний відбити всю розмаїтість інформації, щодо параметрів тонкоплівкових сонячних елементів.

The article considers and analyzes the main requirements for thin-film solar elements, namely the presence of a base layer with a high absorption coefficient of optical radiation; an appropriate wide-gap layer, which is required in the formation of a heterojunction; ensuring efficient collection of charges by electrical conjugation of layers; reliability of ohmic contacts. The main difficulties associated with the production of thin films are identified, both theoretical and practical, namely grain boundaries affect recombination, current transfer, diffusion and segregation; there is a problem of contact phenomena for structures of several materials due to the need for electrical coupling of different layers of the solar element; point defects in thin-film solar elements are not well understood. It is determined that when manufacturing solar elements, it is important to evaluate the quality of each of its layers at the deposition stage in order to realistically represent their crystal structure, chemical composition, optical and electrical properties. It is noted that during long-term operation of solar panels and solar batteries, there is a significant decrease in their performance, due to the deterioration of the main parameters, which are efficiency and output power. It is proposed to consider the study of physical processes in the structure of the semiconductor layer of a solar element, as well as the study of the physical properties of thin films for a solar element, based on the following main research methods: scanning probe (capacitive) and tunneling microscopy (spectroscopy); atomic force microscopy; fluoroscopy; electronic microanalysis; scanning electron microscopy; ellipsometry; spectroscopic ellipsometry; Auger electron spectroscopy; mass spectrometry of secondary ions; photoluminescence; scanning laser microscopy. It also shows the possibility of using a number of optical, electrical, X-ray and other studies to assess the quality of films that make up the structure of a solar element, as well as their use to evaluate technological processes when manufacturing a solar element. It is substantiated that the use of the described methods contributes to the development of reliable, efficient and cheap solar elements; however, it is obvious that no diagnostic method is able to reflect all the variety of information regarding the parameters of thin-film solar elements.