Устройство СЭ

При проектировании кремниевого элемента основное внимание уделяется отражению от поверхности, разделению носителей, рекомбинации и паразитным сопротивлениям. В результате становится возможным создать устройство с кпд порядка 25%.

Основная схема СЭ. Верхний слой называется эмиттером, нижний — базой.

Материал подложки (обычно кремний) Кристаллический кремний доминирует на рынке фотоэлектричества отчасти из-за положения кремния ны рынке интегральных микросхем. Также, как и в случае с транзисторами, параметры кремния не идеальны для СЭ. В частности, запрещенная зона кремния слишком мала для оптимального СЭ и, так как кремний является не прямым полупроводником, он имеет низкий коэффициент поглощения, который, впрочем, можно компенсировать световыми ловушками. Из кремния также тяжело вырастить тонкие подложки. Однако, из-за его изобилия на Земле и распространенности в полупроводниковой промышленности кремний выигрывает у других материалов для СЭ.

Толщина элемента (100-500 мкм) Оптимальная толщина СЭ со световым ловушками и очень хорошей пассивацией поверхности составляет около 100 мкм. Однако, на практике используются подложки толщиной 200 — 500 мкм отчасти из-за трудностей при производстве и обращении с ними, отчасти из-за пассивации поверхности.

Легирование базы (1 Ом см) При высоком уровне легирования увеличивается Voc и уменьшается сопротивление, однако сильное легирование приводит к повреждению кристалла.

Контроль отражения (лицевая поверхность обычно текстурируется) Лицевая поверхность текстурируется, чтобы увеличить поглощения света.

Легирование эмиттера (n-тип) У кремния n-типа качество поверхности лучше, чем у p-типа, поэтому его обычно помещают сверху СЭ, где поглощается большая часть света. Верх СЭ является отрицательным выходом, низ — положительным.

Толщина эмиттера (< 1 мкм) Большая часть света поглощается вблизи лицевой поверхности. Если верхний слой будет очень тонкий, то большая часть носителей рождается на расстоянии диффузионной длины от p-n перехода.

Уровень легирования эмиттера (100 Ом/квадрат) Верхний слой легируется до уровня, достаточного для хорошей поводимости электричества без потерь на сопротивление. Однако чрезмерное легирование приводит к ухудшению качества материала, и носители не рекомбинируют, не успевая достичь перехода.

Схема контактов (пальцевые контакты размером 20-200 мкм, расположенные на расстоянии 1-5 мм друг от друга) Удельная проводимость кремния слишком мала, чтобы проводить весь сгенерированный ток, поэтому на поверхность помещают металлическую сетку с более высокой проводимостью. Металлические контакты затеняют СЭ, поэтому существует компромисс между сбором носителей и сопротивлением лицевой металлической сетки.

Задний контакт Задний контакт гораздо менее важен, чем передний, так как он находится гораздо дальше от перехода и не должен быть прозрачным. Значение заднего контакта возрастает по мере того, как СЭ становится тоньше и его КПД возрастает.