NL7908885A - Fotocellen van polykristallijn selenium. - Google Patents

Description

TO 8561

Fotocellen van polykristallijn selenium.

De uitvinding heeft betrekking op fotocellen en meer in het bijzonder op polykristallijne seleniumcellen die een zon-lichtomzettingsrendement groter dan ongeveer 3,5$ bezitten. Fotocellen zoal3 de bekende siliciumzonnecellen zijn in staat 5 fotoenergie in elektrische energie .om te zetten. Sen waarde ringscijfer dat de geschiktheid van de zonnecel om invallende zonlichtenergie in elektriciteit om te zetten wordt in het algemeen aangeduid als de zonlicht of luchtmassa 1 bedrijfsrende-ment ("engineering efficiency"). Dit cijfer betekent voor de 10 deskundige een gestandaardiseerde basis van vergelijking van zonnecellen. Eet cijfer vertegenwoordigt de netto vermogensuit- gang van een zonnecel bij bestraling met een zonnespectrum 2 equivalent aan 100 mw/cm .

Enkele siliciumkristal plaatjescellen, die momenteel een 15 maximumrendement van ongeveer 15$ bereiken, zijn in staat elek triciteit te produceren tegen een globale prijs die 100 keer zo hoog is als die van de gebruikelijke methoden. Eet grootste gedeelte van de kosten wordt toegeschreven aan de produktie van het halfgeleidermateriaal zelf. Sen veelbelovend alternatief 20 voor enkele kristalplaatjes ("wafers") zijn dunne filmhalfge- leiders, die tegen aanmerkelijk verlaagde kosten wat betreft silicium kunnen worden geproduceerd.

'.Gebaseerd op de bandspleet van trigonaal selenium is berekend dat het zonlichtrendement van een fotocel van een dunne.

25 seleniumfilm zo hoog als 20$ kan zijn; zie Recent Research on

Photovoltaic Solar Energy Converting, door J. Loferski. Deze cijfers veronderstellen het opzamelen van alle gevormde dragers. 3ij een feitelijke toepassing blijft de opzameling van de door zonlicht geproduceerde ladingsdragers en derhalve het zonlicht-50 rendement veel kleiner dan dit cijfer hetgeen te wijten is aan de elektrische eigenschappen die inherent zijn aan het halfge- O 7908885 \ βτ ' - - 2 Υ leidermateriaal. Commerciëel beschikbare seleniumcellen vertonen tegenwoordig zonlicht bedrijf srendementen. van minder dan ongeveer 1$.

De elektrische eigenschappen van trigonaal selenium kunnen 5 aanzienlijk variëren afhankelijk van de hoeveelheid extrinsieke doteermiddelen die hetzij zonder opzet of doelbewust in het materiaal worden opgenomen. Eckart et al in Annotated Physics 17, 84 (1956) merkt b.v. op dat de soortelijke weerstand in trigo- 5 9 naai selenium zal variëren van 10 -/T--cm tot 10 XL -cm afhan-10 .kelijk van het zuurstofgehalte. Extrinsieke doteermiddelen, zo als Te, Br en Th, veranderen zoals bekend de soortelijke weerstand van. selenium met verschillende grootte-orden. In het algemeen is het pasklaarmaken van de elektrische eigenschappen belangrijk voor het tot stand brengen van een doelmatige foto-15. geleidende inrichting. In de fotoceltoepassing van seleen is een dergelijke aanpassing kritisch voor het verbeteren van het rendement, Minderheidsladingsdrager in trigonaal selenium hebben een uitermate lage driftmobiliteit, in het algemeen toegeschreven aan een hoge invangwaarschijnlijkheid, waardoor de 20 diffusielengte van de door zonlicht opgewekte dragers overeen komstig laag is. Het resulterende effekt op een fotocelinrich-ting samengesteld uit trigonaal selenium is dat slechts de dragers die in het onmiddellijke veld of grenslaaggebied worden gevormd verzameld zullen worden. Dragers die buiten dit gebied 25 worden gevormd zullen recombineren en verloren gaan. Verder zal het halfgeleidermateriaal dat niet binnen het veldgebied ligt aanleiding geven tot een inwendige dissipatie-belasting op de fotocel, waardoor het rendement verder wordt verlaagd. Een middel voor het verbeteren van het opzamelen v.an dragers zou hetzij 30 betekenen het aanleggen van een omgekeerde hulpspanning op de fotojunktie, zoals wordt toegepast in fotogevoelige gelijkrich-ters, of het naar keuze wijzigen van de halfgeleider zelf om zowel de breedte van het grenslaag opzamelgebied te vergroten als de inwendige belasting te verlagen ter verhoging van het 35 rendement. Het is een hoofddoel van de uitvinding te voorzien in Q7908885 v> 1 1 V* •3 - een hexagonale seleniuminrichting waarvan de hoofdgeleider-eigenschappen pasklaar zijn gemaakt voor het tot stand brengen van een fotocel met hoog rendement.·

Eerdere methoden om selenium in een dunne film fotogelei-5 der toe te passen waren gericht op fotogevoelige gelijkricht- cellen. Een dergelijke cel wordt b.vl beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.990.095* 2e ontwerp-parameters voor een doeltreffende zone celinrichting en een fotogevoelige gelijk-richterinrichting verschillen aanmerkelijk. Gelijkrichters 10 steunen niet op de breedte van het inwendig gecreëerde grens laag opzamelgebied aangezien bij hun werking de toepassing van een uitwendige hulpspanning wordt beoogd. Eet pasklaar maken van de elektrische halfgeleider-exgenschappen zoals de serie-weerstand (inwendige belasting dissipatie), optimaliseren van 15 zonlicht-absorptie binnen het grenslaag gebied, de ohmse-waarde van stroom-opzamelende elektroden en andere elektrische en optische eigenschappen die noodzakelijk zijn voor de produktie van doeltreffende zonlichtomzetters zijn van oppervlakkig belang bij het ontwerpen van dergelijke gelijkrichters. Eet voor-20 noemde wordt aangetoond door de grafische beschrijving (fig. 5 van het Amerikaanse octrooischrift 3*990.095) van de diodekarakteristieken van de bekende inrichting. In vergelijking hiermede vertoont een doeltreffende fotocel volgens de uitvinding, een voorwaartse hulpspanningsstro’omdichtheid van ongeveer Λ 25 12 3£A/cm bij 0,6 volt, terwijl daarentegen de bekende inrich- 2 tingen minder dan ongeveer 2 MA/cm vertonen.

Een poging om een doeltreffende zonnecelomzetter te produceren is beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.064.522, waarin een metaalsubstraat met een P-type laag polykristallijn 30 selenium een heterojunktie of meervoudig knooppunt met een H- type cadmiumselenide vormt en verder met een 2T+ laag van cadmi-umoxyde. De inrichting volgens de uitvinding maakt geen gebruik van een bekende laag van cadmiumchalcogenide in de heterostruk-tuurvorming. In de stand van de techniek wordt tevens gebruik 35 gemaakt van een metallurgische bindingslaag van tellurium gro- 7908885

V

V

ν' 4 - «· ter van 5 nanometer. Dergelijke hoge conoentraties aan tellu-‘ r.ium zouden het rendement van de oei van de uitvinding signifi cant verlagen.

In het algemeen wordt in de stand van de techniek de toe-5 passing van polykristallijn selenium als een fotogevoelige ge- lijkrichter beschreven, waarvan de elektronische eigenschappen significant verschillen van die volgens de uitvinding. De bekende fotocellen zijn duidelijk in samenstelling verschillend, waarbij deze verschillen tegen de voorschriften van de uitvin-10 ding ingaan.

In algemene zin omvat de uitvinding een verbeterde fotocel met een dunne seleniumfilm, die in staat is een zonlicht bedrijf srendement groter dan ongeveer 3>5$ te leveren. De inrichting omvat een transparante basis ; een doorschijnende laag van 15 geleidend oxyde waarvan de oppervlaktelaag een werkfunctie (energieniveau) beneden ongeveer 4»5 elektron volt heeft; een continue laag van polykristallijne seleniumlagen die een hetero-junctie met het onderliggende oxyde vormen; een dunne, elektrische discontinue laag van tellurium geplaatst tussen het oxyde 20 en de seleniumlagen die daartussen een metallurgische binding levert; een laag van een metaal met hoge werkfunctie, zoals platina, die een ohm's kontakt vormt met de genoemde selenium-laag.

Figuur 1 is. een aanzicht in doorsnede van een vereenvou-25 digde voorstelling van een fotocel die volgens de uitvinding is geproduceerd.

Figuur 2 geeft een schematische illustratie 'van de inwendige energierelatie in de fotocel van de uitvinding.

Figuur 3 is een vermogenskromme bij een luchtmassa één Λ 50 (100 mw/cmj van een typerende fotocel volgens de uitvinding, die grafisch de capaciteit van de cel van de uitvinding voorstelt om efficiënt zonlichtenergie in elektriciteit om te zetten.

De uitvinding heeft aldus betrekking op polykristallijne 55 seleniumoellen bestaande uit een dunne film die een zonlicht- o 79 0 8 8 8 5· v 5 - bedrijfsrendement groter dan. ongeveer 3*5$ opleveren,

Figuur 1 beschrijft de inrichting omvattende een transparant dragersubstraat (10) bekleed met een doorschijnende laag van een elektrisch geleidend oxyde (14)} waarvan de oppervlakte 5 werkfunctie beneden ongeveer 4*5 elektronvolt is; een metal lisch rooster (12) dat kan zijn tussengeschoven voor het opvoeren van de geleidbaarheid van het geleidend oxyde; een dunne, continue laag van een P type polykristallijn selenium (16) dat een heterojunctie met het genoemde oxyde vormt; een dunne, 10 elektrisch discontinue laag van tellurium (15) geplaatste tus sen het oxyde en de seleniumlagen die daartussen een metallurgische binding levert; een laag van een metaal (18) met hoge werkfunctie zoals platina, die grenst aan de seleniumlaag en een ohm’s kontakt met de halfgeleider levert, 15 Se belangrijke aspekten voor het produceren van een doel treffende selenium-fotocel met dunne film zijn: (1) te voorzien in een seleniumlaag van passende dikte voor het tot een minimum brengen van de massaserieweerstand van de inrichting en toch elektrische continuïteit van de totale seleniumlaag .te verzeke-20 ren; (2) het selectief wijzigen van de intrinsieke elektrische eigenschappen van de seleniumlaag voor het maximaal maken van de grenslaag of uitputtingsbreedte, terwijl daarbij de elektrische soortelijke weerstand van de halfgeleider massa minimaal wordt gemaakt; (3) het verzekeren van een ohm's kontakt met het 25 halfgeleidermateriaal of naar keuze het vormen van een comple mentaire junctie als een stroomdragende elektrode; (4) het optisch op elkaar afstellen van de transparante en halftranspa-rante lagen, waardoor hun anti-reflectie-eigenschappen maximaal worden gemaakt; en (5) het maximaal maken van de hoeveelheid 30 licht die het elektrisch actieve junctiegebied bereikt.

In fig. 1 bestaat de transparante basis (10) uit glas, saffier, kwartz of elk sterk transparant, fysisch ondersteunend materiaal dat bestand is tegen de verwerkingstemperaturen van de bovenliggende lagen. De term bestand vereist een permanente 35 oppervlaktemicrostruktuur tezamen met de lichaamsmacrostruktuur O 7903885 \

\ I

- 6 ·

" ' w I

teneinde beschadiging aan de bedekkende dunne films of onregelmatigheden in de vorming van de bedekkende dunne films te voorkomen. "Verder dient de transparante basis te zijn gestabiliseerd ten opzichte van de verwachte continue belichting met 5 ultraviolet en andere zonnestraling. De stabilisatie heeft in het algemeen betrekking op de chemische en fysische samenhang en betreft hier in het bijzonder de permanente transparantheid van de basis. In een voorkeursuitvoeringsvorm behoudt een bori-umsilicaatglassubstraat een transparantheid van meer dan 93$ ia 10 het gehele deel van het zonnespectrum dat door de fotocel wordt gebruikt. Het substraat bevat verder een minimale hoeveelheid diffundeerbaar materiaal dat in de halfgeleiderlagen kan migreren hetgeen nadelig is. De thermische uitzettingseigenschappen . zijn op soortgelijke wijze voldoende om bestand te zijn tegen 15 de verwerkingstrappen van de bedekkende lagen, welke trappen verhittingsbehandelingen tot meer dan ongeveer 20Q°C inhouden. Bij een fotocel met dunne film ontstaan snel fysische micro-struktuur onregelmatigheden van de orde van ongeveer 1 -micrometer of meer. Een geringe fout kan de capaciteit van de gehele 20 oei doen verslechteren alsmede alle verdere inrichtingen die daarmee elektrisch zijn verbonden. Verder is in een gelaagde * o cel zoals die van de uitvinding elke verdere laag afhankelijk van de samenhang van alle voorafgaande lagen. In een voorkeursuitvoeringsvorm is derhalve de basis in staat tot en wordt on-25 derworpen aan een nauwgezette reiniging van het beklede opper vlak teneinde een microscopisch zuiver oppervlak te garanderen.

De transparante basis wordt bekleed met een sterk geleidend ( 8 /vierkant) sterk transparant ( ) 3<yfo in het bruikbare zonnespectrum) oxyde (14)» waarvan de vorming op zichzelf bekend 30 is. Met betrekking tot de afmeting van elke fotocel kan het ge leidende oxyde een onvoldoende geleidende elektrode zijn die daardoor bijdraagt tot de totale inwendige serieweerstand van de cel. Voor het herbergen van inrichtingen met een groot oppervlak kan een metallisch rooster (12) netwerk tussen de oxydela-35 gen worden geschoven. Dit rooster kan verder dienen om verschil- 0 7908885 s « 7 lende inrichtingen onderling door te verbinden. Het ontwerp van het roosternetwerk kan worden geoptimaliseerd met behulp van gebruikelijke mathematische technieken voor het tot een minimum terugbrengen van het bedekte oppervlak en de serie weerstand 5 van de rooster/oxydeëlektrode, onder het maximaal maken van het rendement van de cel.

Eet oppervlak van het oxyde omvat een gebied van materiaal met een werkfunctie kleiner dan ongeveer 4,5 elektron volt. Dit wordt gedaan door hetzij een dunne oxydelaag op een gedegene-10 reerd oxyde neer te slaan of gedurende het vormen van het gede genereerde oxyde het zuurstofrendement van het oppervlaktege-bied aan te passen ter verhoging van de zuurstof/metaalverhouding. Dit wordt door een aantal technieken tot stand gebracht; b.v. een warmtebehandeling in een zuurstofrijke atmosfeer na de 15 elektronenbundelafzetting van tin of indiumtinoxyde; dóór in de kathode opstuivingsvorming van oxyden, het zuurstofgehalte van · de verstuivende gassen te regelen; door bij de thermische ontleding van tin of indiumtinchloride een omgeving met hoge vochtigheid te voorzien; of elke andere soortgelijke techniek voor 20 het leveren-van een oppervlak met een lage werkfunctie.

In figuur 2 zal de werkfunctie van het oppervlaktegebied van de oxydelaag (20) de elektronische bandbuiging (21) binnen de seleniumhalfgeleider voorschrijven. Deze waarde van de bandbuiging (21) is bepalend voor de bereikbare open ketenspanning 25 die wordt geleverd door de fotocel bij bestraling. In een voor keursuitvoeringsvorm zal derhalve het oxyde-oppervlak een lage werkfunctie hebben, b.v. .4,2, waardoor een hoge open keten spanning van bij benadering 0,76 volt wordt geproduceerd. De dikte van de oxydelaag en de transparante ondersteunende sub-50 straatlaag worden tezamen ingesteld om een effectieve antire- flectie-bekleding. voor de seleniumlaag te leveren.. Alternatieven voor geleidende oxyden, zoals een half-transparante metaal-bekleding van aluminium die een dunne oxydebekleding bevat zijn nadelig gebleken in verband met de transmissie versus weer-35 standsverhoudingen voor dergelijke films, liet een nominaal ge- 79 0 8 8 8 5 * * t? - 8 - «r leidende film van aluminium· kan slechts ongeveer 50$ van het licht de halfgeleider bereiken. Films die voldoende geleidend zijn zodat zij niet merkbaar bijdragen tot de inwendige serie-weerstand van de inrichting zouden minder dan ongeveer 10$ van 5 het invallende licht de halfgeleider laten bereiken.

Een dunne, elektrisch discontinue film van tellurium wordt hetzij opgedampt of door kathodeverstuiving afgezet op het met oxyde beklede substraat om een metallurgische binding tussen de oxyde- en seleniumlagen te leveren. De dikte van de laag is kri-10 tisch voor zowel de fysische samenhang als de elektrische effectiviteit van de inrichting. Yolgens de uitvinding zaJL een uniform neergeslagen film van 1,5-5 nanometer van tellurium een efficiënte fotocel opleveren, waarbij echter een maximaal rendement en derhalve een voorkeursuitvoeringsvorm wordt bereikt door 15 toepassing van een effectieve laag van 1,5 nanometer tellurium.

Bij de dampafzetting van andere metalen, zoals goud en zilver, waar kiemvorming en groei van films kleinèr dan 5 nanometer is waargenomen, is het bekend dat een snelle (1 nanometer/sec) afzetting in een koel (27°C of lager) substraat leidt .tot een 20 meer uniforme dispersie van de beginlaag. Om een uniforme dis persie van het effectieve niveau van tellurium te verzekeren wordt een voorkeursafzetting van tellurium uitgevoerd met een' snelheid van ongeveer 1 nanometer/se.c op een substraat dat gekoeld is tot een temperatuur van ongeveer 20°C.

25 Een alternatief voor het tussenschuiven van een dunne tel lur iumlaag tussen het selenium en het oxyde bestaat uit het dispergeren van een gelijke hoeveelheid tellurium door de sele-niumfilm. B.v. het afzetten van 0,5 nanometer tellurium gevolgd door 1 micrometer selenium welke volgorde tweemaal wordt her-30 haald. Als een ander alternatief kan tellurium tegelijk worden afgezet evenredig met de seleniumafzettingssnelheid zodat in totaal 1,5 nanometer tellurium met de seleniumfilm wordt afgezet.

De seleniumlaag wordt gevormd door aanvankelijk een laag 35 amorf selenium neer te slaan. Het uitgangs-selenium wordt vóór ‘s t J 790888? ' '1 -9 * > het. afzetten, ter verwijdering van zuurstof behandeld door va-cuumdestillatie of soortgelijke zuurstofverwijderingstechnieken. Aangezien zuurstof gemakkelijk in selenium in gesmolten toestand oplost vereist de verwijdering van zuurstof teneinde een 5 verlaging van de geleidbaarheid van selenium van 10 ^ ohm-cm +8 tot 10 ohm-cm tot stand te brengen dat de destillatie wordt uitgevoerd bij lage zuurstofdrukken, dat wil zeggen een vacuum _7 van 10 ‘ torr of lager. JTaar keuze kan het zuurstofrijke sele·* nium uit het zuurstofarme selenium gedurende de vacuumdestilla-10 tiemethode worden afgescheiden uit het door plotseling bevrie zen van het gesmolten destillaat van selenium in vloeibare stikstof. Het uitwendig geharde selenium zal zuurstofrijk zijn terwijl de centrale delen zuurstofarm blijven. Een eenvoudige soortgelijke weerstandsproef bevestigt de effectiviteit van de 15 zuurstofverwijderingsmethode.

Een seleniumlaagdikte van 1-5 micron levert een voldoende continue film maar maakt toch de inwendige serieweerstand van de inrichting minimaal. In een voorkeursuitv-oeringsvorm levert een seleniumlaag „tussen 2 en 5 micrometer dikte een vol-20 doende filmsamenhang om de parallelweerstand van de stroomgene ratoren maximaal te maken terwijl tegelijk de niet-bijdragende halfgeleider massaweerstand minimaal wordt gemaakt, hetgeen leidt tot een meer doeltreffende fotocel.

De amorfe film wordt bij een temperatuur van ongeveer 210°C 25 gedurende een periode van 2 = 10 min verhit en daarna snel afge koeld tot een temperatuur van ongeveer 20°C. Door de verhitting wordt een in wezen volledige kristallisatie van de amorfe laag tot stand gebracht. Yoor het produceren van een seleniumfotocel met hoog rendement is het voordelig het inwendige veld, dat 30 wordt gecreëerd bij kontakt van het selenium met het lage werk- functie oxyde, zo diep mogelijk in de seleniumlaag te laten uitstrekken. Eet is verder voordelig eventueel seleniummateri-aal buiten dit veld-gehied zo geleidend mogelijk te maken. Aangenomen wordt dat het gedesoxydeerde selenium inherent een 35 kleiner aantal vrije ladingsdragers bezit, waardoor het veldge- 7908885 - 10- · tied dieper kan doordringen in de aeleniumlaag. Het snelle re-kristallisatie-proces bij temperaturen nabij het smeltpunt van selenium levert een infusie van zuurstof in het massagebied (24) van de aeleniumlaag waardoor deze minder weerstand ver-5 krijgt. De snelle afname van de temperatuur régelt de diepte waartoe zuurstof in het selenium diffundeert. Derhalve strekt zich een veldgebied (22) diep in het selenium uit terwijl een geleidend massagebied tot stand wordt gebracht. Een soortgelijk resultaat kan worden verkregen door de film te onderwerpen aan 10 hoge drukken van een zuurstof-bevattende omgeving of op soort gelijke wijze het massagebied te doteren met passende concentraties Te, Cl of Br waarvan bekend is dat deze de.geleidend-heid van seleen verhogen, waarbij het grenslaag (veld)gebied (22) wordt gedoteerd met thallium of soortgelijke compenserende 15 acceptor onzuiverheden. . -

Een laag van platina of een soortgelijk hoog werkfunctie-materiaal, grenzend aan de seleenlaag, dient als een ohm's kon-takt met het selenium en levert een stroom-.verzamelende elektrode* Een laag van P+ materiaal· kan worden geschoven tussen 20 het ohmse kontakt en het.seleen en een achterliggende elektrode leveren. Het falen om een kontakt met een voldoende hoge werk-functie te geven, zoals b.v. goud, zal de serieweerstand van de inrichting doen toenemen en aldus het rendement verlagen.

In figuur 3 vertoont een selenium fotocel volgens de uit-25 vinding typerend-de zonlicht vermogens uitgangskarakteristieken (30) van een gesloten ketenstroom (34) van ongeveer 13 MA/cm , een open ketenspanning van ongeveer 0,65 (36 volt’) en een maximaal vermogen (32) zonlicht'bedrijfsrendement groter dan 3»5$*

De uitvinding zal nu nader worden töegelicht met de vol-30 gende illustratieve voorbeelden».

Voorbeeld I

Een laag tinoxyde werd afgezet op een zeer zorgvuldig gereinigd boriumsilicaatsubstraat volgens de gebruikelijke techniek van de thermische ontleding van tinchloride. Het oppervlak 35 werd gedurende de ontledingsmethode in kontakt gebracht met een 7908885 - ‘A ' ' ·* I Λ » “j 0 11 - atmosfeer met hoge vochtigheid. De optische en elektrische eigenschappen van de neergeslagen film werden onderzocht met een Gary 17 spectrometer en een Kiethly vier puntsonde, waarbij werd verzekerd dat de film een transmissie groter dan 90^ 5 behield in het gehele spectrale gebied van 200 tot 800 nm met een' soortelijke weerstand van minder dan ongeveer 7 ohm/cm .

Sen waarde van 4,2 ef voor de oppervlak werkfunctie met betrekking tot een platinastandaard werd verkregen met een isoprobe Model no. 162. Sen hoeveelheid selenium werd vacuum gedestil-10 leerd onder verhitting van het materiaal boven zijn kookpunt bij een vacuumdruk van ongeveer 5 x 10 torr. Haar keuze kan het seleen worden verhit boven zijn kookpunt in een afgesloten kwartzbuis die hetzij is geëvacueerd of gevuld met een reducerend gas, zoals waterstof. Set verhitte selenium werd snel af-15 gekoeld tot lager dan ongeveer 20°G om het gedesoxydeerde mate riaal af te scheiden dat in het lagere deel van de smelt verscheen.

De met oxyde beklede substraten werden opnieuw zeer zorgvuldig' gereinigd door zowel mechanisch schrobben als chemische 20 reiniging en daarna in een gebruikelijk vacuümsysteem geplaatst dat in staat was een vacuum van ongeveer 5 2: 10** torr te bereiken. Set systeem was uitgerust voor een programmeerbare regeling van de afzettingssnelheid en het automatisch afsluiten van de substraten van de afzetting. Er werd een 1,5 nanometer 25 laag tellurium afgezet in een snelheid van ongeveer 1 nanometer per sec. Een 3 micrometerlaag van selenium werd afgezet bij een beginsnelheid van ongeveer 10 nanometer per sec voor het eerste micron, 9 nanometer per sec voor het tweede micron en 7 - 9 nanometer per sec voor het eindmicron.

30 De film werd overgebracht naar een verhittingskamer die een verhittingsplaat bevatte die op 210°C wordt gehouden. De films werden op de verhittingsplaatgeplaatst die op 210°C werd gehouden gedurende ongeveer 2 min, gedurende welke tijdsp.eriode de filmkleur werd omgezet van het roodachtige glanzende opper-35 vlak in een matachtige grijze afwerking, die kenmerkend is voor 7903885 _ * % • 12 - ·* het polykristallijn selenium, De' omgevingslucht werd gedurende de rekristallisatie gehandhaafd op een temperatuur van minder dan ongeveer 60°C. Na ongeveer 2 min. bij 210°C werd de plaat snel gekoeld tot ongeveer 20°C, waarmee de rekristallisatie 5 werd beëindigd.

Een platinalaag werd volgens gebruikelijke technieken afgezet op het kristallijne selenium. Een zonlicht bedrijfsrende-ment werd verkregen door de vermogenskromme te evalueren, welke de capaciteit van een fotocel weergeeft voor het afgeven van 10 vermogen aan een belasting, waarbij het invallende zonlicht wordt gevolgd met een Epply pyroheliometer. Geëvalueerd bij een straling van ongeveer 100 milliwatt vertoonde de cel een zonlicht bedrijfsrendement van 4>0$> met een gesloten ketenstroom 2 van 15 Mi/cm en een open ketenspanning van 0,β4 volt. De in-15 richting werd daarna onderworpen aan grenslaag karakteriserende proeven die een bepaling van de uitputtingsbreedte van de grenslaag gevormd door de heterojunctie inhielden. Deze proeven die· in de techniek wordt aangeduid als "Capaciteits-Spanning" metingen, wijzen een nul hulpspanningsuitputtingsbreedte aan 20 groter dan 500 nanometer. Tevens werd waargenomen dat de voor waartse hulpspanningsafval van de uitputtingsbreedte gunstig minimaal was waardoor een uitputtingsbreedte van meer dan 300 nanometer bij het maximale vermogenspunt van de inrichting werd gehandhaafd, 25 De optische eigenschappen van de inrichting werden daarna onderzocht met een Beckmann spectrofotometer uitgerust met een integrerende bol voor reflectantiemetingen. In figuur 1 worden de reflectantiekarakteristieken van de cel verkregen door belichting via lagen 10 en 14* hetgeen overeenkomt met de reflec-30 tiecomponent ondervonden bij bedrijf van de inrichting als zonnecel. Een reflectantie van 8,5$ wordt gemeten, hetgeen een verwachte 4$ van het glas/lucht grensvlak omvatte.

Voorbeeld II

De techniek en de procedure van het construeren van de se-35 ‘ lenium-fotocel waren in wezen gelijk aan die van voorbeeld I

^790888!)

O

-13- a met uitzondering dat het geleidende oxyde indiumtinoxyde was, door kathodeverstuiving aangebracht op een boriumsilicaatglas- suhstraat hij een temperatuur van ongeveer 150°C. Een zonlicht bedrijf arendement van 3 »52$ werd verkregen bij een meting die 5 soortgelijk was aan die van voorbeeld I. Een open ketenspanning 2 van 0,585 en een gesloten ketenstroom van 13 MA/cm werden ge- 2 registreerd bij een zonlichtbestraling van ongeveer 92 M/cm .

Voorbeeld III

In het algemeen werd de procedure van voorbeeld I gevolgd 10 met uitzondering dat het geleidende 0x7de een. laag van cadmium- stannaat omvatte.

Voorbeeld 17 3ij wijze van vergelijking werden de techniek en de procedure van voorbeeld I gevolgd met uitzondering dat de dikte van 15 de telluriumlaag werd vergroot tot 1,5 - 15 nanometer en de se- leniumlaag werd gevarieerd tussen 5 en 10 micron. Tabel A geeft het effekt op de effectiviteit van de inrichting aan, en illustreert het belang van het pasklaar maken van de eigenschappen van de halfgeleider.

20 TABEL· A

Bikte Te Dikte Se Rendement Commentaar 0,5 nm 3 ƒ - film af gepeld 1.5 nm 3 μ 4,0$ 4,0 nm 3yu · 3,52$ 25 7,5 nm 3 ƒ1 1,1$ lage spanning 15 nm 3yu 0,61$ lage spanning en stroom 1.5 nm 0,5 ƒ1 1,2$ lage spanning 1.5 nm 5 ƒ· 2$ hogere R serie 30 1,5 nm 10 ƒ1 - film af gepeld 79 0 88 8 5 '

W

> Λ \ \

'V

Claims (5)

1. 3. Cel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de tellu-riumlaag kleiner is dan ongeveer 5 nanometer. 25 4· Cel volgens conclusie 3» met het kenmerk, dat de tellu- riumlaag tussen 1,4 en 2,6 nanometer dik is.
2. 5. Cel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de seleniumlaag is gedoteerd in het gebied bij het ohmse kontakt met ten minste één doteermiddel gekozen uit chloor, tellurium en broom. 30 6, Cel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de.trans parante basis in samenhang met de doorschijnende oxydelaag een anti-reflectiebekleding op de seleniumlaag levert.
3. 7. Cel volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het van het verlichte oppervlak gereflecteerde licht minder is dan on- (' t Vv'. * J 79 0 8 8 8 5 -15- ... geveer 10$.
4. 8. Cel volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de oxyde-laag meer dan ongeveer 90$ van het licht met golflengten tussen 400 en 800 nanometer doorlaat. 5 9· Werkwijze voor het vervaardigen van een zonnecel met hoog rendement met een lichaam van polykristallijn selenium, met het kenmerk, dat deze de volgende trappen omvat: het "bekleden van een transparante basis met een doorschijnende laag van geleidend oxyde waarvan het oppervlak een werk-10 functie heeft kleiner dan ongeveer 4»5 elektron volt; het afzetten van een laag amorf selenium met een dikte tussen ongeveer 1 en 5 micrometer op het oxyde; het kristalliseren van de seleniumlaag door het substraat gedurende een periode tussen ongeveer 2 en 10 min te verhitten 15 op een temperatuur boven ongeveer 200°C voldoende om het amorfe seleen te laten kristalliseren onder vorming van een hetero-junctie tussen het oxyde en de seleniumlagen met een uit.put-tingsgebied dat zich naar binnen vanuit de heterojunctie over een afstand groter dan ongeveer 100 nanometer uitstrekt; en 20 het afzetten van een elektrode van een metaal waarvan de werkfunctie groter is dan ongeveer 5»0 elektronvolt teneinde een ohm's kontakt met de seleniumlaag te leveren.
5. 10. Cel volgens conclusies 1 of 4, met het kenmerk, dat de seleniumlaag een dikte heeft tussen 2 en 3 micrometer. 7908885 •f ai