ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Тонкопленочные солнечные элементы К. Чопра и С. Дас

Настоящая книга посвящена актуальной проблеме совре­менной полупроводниковой солнечной энергетики — созданию и исследованию свойств тонкопленочных солнечных элементов.

В полупроводниках с прямыми оптическими переходами ко­эффициент поглощения излучения столь велик, что поглощение фотоактивной части солнечного спектра происходит в слое тол­щиной не более нескольких микрометров. В то же время боль­шинство выпускаемых солнечных элементов изготавливается из монокристаллических полупроводниковых пластин, имеющих толщину около двухсот — трехсот микрометров, поскольку при­менять в массовом производстве более тонкие пластины не уда­ется из-за их повышенной хрупкости.

В этом разрыве между теоретическими и практическими воз­можностями таится значительный резерв дальнейшего удешев­ления солнечных элементов, который может сделать целесооб­разным и экономически оправданным использование солнечных элементов не только в системах фотоавтоматики или автоном­ного энергоснабжения космических аппаратов, но и в наземных энергетических системах различной мощности. Неудивительно поэтому то внимание, которое исследователи многих стран уде­ляют в настоящее время разработке тонкопленочных солнечных элементов на основе различных полупроводниковых материа­лов. Если КПД преобразования солнечного излучения в электри­ческую энергию у тонкопленочных элементов с толщиной фото- активного слоя несколько микрометров достигнет столь же вы­соких значений, какие характерны для монокристаллических солнечных элементов, то себестоимость вырабатываемой ими электроэнергии будет весьма близка к получаемой при исполь­зовании атомных или даже тепловых электростанций.

Авторы данной книги — известные индийские специалисты К. Л. Чопра и С. Р. Дас, много лет работавшие также в науч­ных центрах США и Канады, хорошо знакомы советским иссле­дователям своими статьями и докладами на международных конференциях. В лаборатории тонких пленок Индийского техно­логического института в Дели им удалось разработать ряд перс­пективных технологий изготовления тонкопленочных солнечных элементов и усовершенствовать их конструкцию.

Несмотря на большое число публикаций по данной проблеме, в зарубежной и отечественной литературе до сих пор отсутст­вовала монография, суммирующая результаты выполненных ис­следований и намечающая пути дальнейшего улучшения свойств тонкопленочных солнечных элементов. Книга индийских специа­листов своевременно восполняет этот пробел. Авторы сумели обобщить имеющиеся в этой области достижения ученых разных стран, в том числе Советского Союза, показали разнообразные технологические приемы, используемые для создания тонкопле­ночных солнечных элементов, проанализировали достоинства и недостатки основных конструкций таких элементов, выполненных на основе разных материалов. Собственный исследовательский опыт позволил авторам сделать это глубоко и всесторонне.

В Советском Союзе исследования, связанные с созданием, изучением свойств и испытаниями тонкопленочных солнечных элементов, уже много лет успешно ведутся многими научными организациями в Москве, Ленинграде, Киеве, Харькове, Киши­неве, Ташкенте, Ереване, Таллине, Вильнюсе, Одессе, Чер­новцах.

Наряду с классическими, чисто тонкопленочными конструк­циями элементов в последнее время активно разрабатываются комбинированные пленочно-монокристаллические структуры, со­четающие простоту и экономичность изготовления с достаточно высоким КПД. Научными коллективами, возглавляемыми акад. Ж. И. Алферовым и чл.-кор. АН СССР Н. С. Лидоренко, полу­чены солнечные элементы с КПД около 30 % на основе арсенида галлия и 16. ..18% на основе цремния. Эти элементы представ­ляют собой многослойные структуры, в которых на монокристал- лических подложках (как правило, из сравнительно дешевых сортов арсенида галлия и металлургического кремния) созданы совершенные пленочные слои методами газовой и жидкостной эпитаксии. Именно такие комбинированные пленочно-кристалли­ческие солнечные элементы будут, по-видимому, привлекать все большее внимание исследователей и в недалеком будущем най­дут наиболее широкое массовое применение. При оптимизации свойств и технологии получения сложных комбинированных структур неоценимую помощь разработчикам окажет опыт, на­копленный в ходе создания монокристаллических и чисто тонко­пленочных систем, в том числе результаты работ, описанных в настоящей монографии.

При переводе были опущены разделы книги, содержание ко­торых хорошо известно советскому читателю по оригинальным отечественным и переводным зарубежным публикациям, приве­денным в списке дополнительной литературы. В основном эти разделы охватывают общие вопросы изучения фотоэлектриче­ских свойств полупроводников и полупроводниковых приборов, технологии получения и метрологии солнечных элементов, ис­следования характеристик фотоэлектрохимических солнечных элементов. В список дополнительной литературы включена также небольшая часть отечественных публикаций, дающих представление о разнообразии и широте проводимых в СССР разработок и исследований свойств тонкопленочных солнечных элементов.

М. М. Колтун