Статьи

Проведено осаждение пленок оксида меди методом высокочастотного (ВЧ) магнетронного распыления в бескислородной среде при комнатной температуре. Исследовано влияние температуры отжига на воздухе после осаждения на морфологию поверхности, структурные и оптические свойства пленок оксида меди. Показано, что все пленки имеют равномерную нанокристаллическую зернистую структуру. При этом пленки оксида меди, полученные без термического отжига и при температуре отжига 250 С, имеют высокую однородность и состоят из зерен размером порядка 25–30 и 23–27 нм соответственно. При температуре отжига 500 С размер зерен в пленке существенно возрастает до 50–55 нм и они становятся менее однородными. Получено, что все пленки имеют относительно гладкую поверхность со средней шероховатостью в диапазоне от 5,94 до 10,46 нм. Показано, что пленки, полученные без термического отжига, состоят из кристаллической фазой Cu2O, которая полностью переходят в фазу CuO после отжига при температуре 500 С. Установлено, что ширина запрещенной зоны осажденной пленки без термического отжига составляет 2,18 эВ и уменьшается до 1,63 эВ после отжига при температуре 500 С. Полученные результаты могут быть использованы при разработке технологических процессов формирования структур солнечных элементов на основе оксида меди

Представлен емкостной метод и разработано экспериментальное устройство для автоматизированного измерения вольт-амперных характеристик солнечных элементов. Метод заключается в использовании в качестве переменной нагрузки емкости конденсатора для автоматизации процесса измерения. Основное преимущество данного метода заключается в быстроте измерения вольт-амперной характеристики солнечного элемента, что позволяет повысить точность и равномерность измеряемых фотоэлектрических параметров за счет снижения негативных внешних воздействий во времени, в частности нагрева солнечного элемента и нестабильности источника освещения. Проведенные измерения вольт-амперных характеристик солнечных элементов с использованием разработанного экспериментального устройства показали, что погрешность полученных фотоэлектрических параметров по сравнению с заявленными в спецификации значениями составляет порядка 5 %, что подтверждает высокую точность представленного метода измерения.

Проведено численное моделирование оксидного солнечного элемента на основе гетероперехода ZnO/Cu2O для оптимизации его структуры и повышения эффективности преобразования энергии. Исследовано влияние шунтирующего и последовательного сопротивлений, толщины и концентрации дефектов в слоях Cu2O и ZnO, а также поверхностной концентрации дефектов на гетерогранице ZnO/Cu2O на фотоэлектрические параметры солнечного элемента. Показано, что величина шунтирующего и последовательного сопротивлений должна составлять 2500 Омсм2 и 3,3 Омсм2, а толщина слоев Cu2O и ZnO должна быть 5 мкм и 20 нм соответственно. Получено, что оптимальная концентрация дефектов (вакансий ионов меди) в слое Cu2O составляет 1015 см-3, концентрация дефектов (кислородных вакансий) в слое ZnO составляет 1019 см-3, а также поверхностная концентрация дефектов на межфазной границе должна быть как можно меньше и составлять 1010 см-2. Оптимизация структуры оксидного солнечного элемента позволила получить эффективность преобразования энергии до 10,25 %. Результаты могут быть использованы при разработке и формировании гетероструктур оксидных солнечных элементов.