MGU_fizfak_Startsev_Statya

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ УДЕЛЬНОГО
СОПРОТИВЛЕНИЯ КОНТАКТА (ITO)/МЕТАЛЛ ОТ УДЕЛЬНОГО
СОПРОТИВЛЕНИЯ ПЛЕНКИ ОКСИДА ИНДИЯ, ЛЕГИРОВАННОГО
ОЛОВОМ (ITO), В СОЛНЕЧНОМ ЭЛЕМЕНТЕ LGCELL
Т. Н. Кост, А.А. Старцев*, Г.Г. Унтила, А.Б. Чеботарева.
*МГУ имени М.В. Ломоносова, физический факультет,
кафедра атомной физики, физики плазмы и микроэлектроники, email:
GUntila@mics.msu.su
НИИ ядерной физики имени Д.В. Скобельцына
МГУ имени М.В. Ломоносова.
Цель работы.
Фотоэнергетика (ФЭ) является перспективным методом использования солнечной энергии. Рынок фотовольтаических систем постоянно увеличивается и в последние годы демонстрирует темпы роста
40-60%.
На сегодняшний день абсолютный рекорд кпд кремниевого солнечного элемента (СЭ) составляет 24,7% [1], а кпд промышленных
солнечных элементов составляет всего 14-16%. Основная причина,
которая приводит к снижению кпд промышленных СЭ - это ограниченность технологии формирования электрических контактов, которая, в том числе, определяет внутренние омические потери СЭ.
Для изготовления металлизации СЭ в настоящее время используют три базовые технологии: трафаретную печать (Screen Printing),
LGBC (Laser Grooved Buried Contacts) и вакуумное напыление контактов. Эти технологии имеют как достоинства, так и недостатки, но ни
одна из этих технологий неприменима к пленкам прозрачных проводящих оксидов TCO (Transparent Conducting Oxides) [2,3], которые
применяют в СЭ в качестве антиотражающего покрытия, а также прозрачного электрода. В работе использовали новый метод LGCell (Laminated Grid Cell), одной из отличительных особенностей которой является формирование проволочной контактной сетки к поверхности TCO
с помощью низкотемпературного процесса ламинирования.
При использовании пленок ТСО в конструкции СЭ величина
сопротивления контакта металл/TCO является важным параметром,
влияющим на последовательное сопротивление СЭ, однако, анализ
литературы показывает, что работ, направленных на исследование это-
го параметра крайне мало [4]. Можно предположить, что сопротивление контакта металл/TCO должно зависеть от удельного сопротивления пленки TCO, однако, характер этой зависимости не исследован.
Данная работа направлена на исследование влияния величины
удельного сопротивления пленки оксида индия, легированного оловом
ITO (Indium Tin Oxide), на удельное сопротивление контакта
ITO/металл в конструкции солнечного элемента LGCell, в котором
контакт к пленке ТСО осуществляется с помощью поволоки, покрытой
низкотемпературным припоем.
Конструкция солнечного элемента LGCell.
Солнечный элемент состоит из структуры [n+(n или p)p+]-Si и
лицевой токособирающей системы, в состав которой входят (рис.1):
(1) нанесенный на поверхность структуры слой прозрачного проводящего оксида ITO;
(2) электрические шины, расположенные рядом со структурой;
(3) проволочная контактная сетка, изготовленная из медной проволоки, покрытой контактной композицией, прикрепленная низкотемпературным методом ламинирования одновременно к лицевому слою ITO и к лицевым шинам;
(4) ламинационная пленка, которая прикреплена к поверхности ITO
и фиксирует проволочную контактную сетку.
3
2
1
4
Рис.1: Конструкция СЭ LGCell
Эксперимент.
Для проведения эксперимента по технологии LGCell было изготовлено 6 образцов с различными слоевыми сопротивлениями Rsh
пленки ITO от 40 до 1200 Ом/кв при толщине пленки ~100 нм. На
Рис.2 показано расположение трех образцов.
Рис.2: Тестовые образцы
Измерения проводили на источнике/измерителе Keithly 2602A.
Сопротивления определяли при различных значениях тока в диапазоне
0,001-0,02 А, что соответствует характерным токам в процессе работы
солнечного элемента при освещении. Для каждого образца вычисляли
контактное сопротивление ITO/металл для 3-7 проволок. Измерения
проводились по методу ISCRA [5].
Методика измерений (метод ISCRA).
Для определения величины удельного контактного сопротивления ρ, используется метод ISCRA. Согласно этому методу, в первую
очередь необходимо вычислить сопротивления между точками (12’),
(23’), (13’), (22’) (Рис.3).
Далее вычисляется величина R2* по формуле
1
R12'  R23'  R13'  R22'  r2 L
3
R2* 
2
Затем следует решить уравнение xsinh(x)=(Rshw)/(LR2*), где Rsh
– слоевое сопротивление пленки ITO, w – ширина контакта, L – длина
контакта. Из полученного значения x величину ρ определяют из формулы
 w
sh  x 
2
 R   .
A
1
B
C
D
2
3
2’
3’
L
1’
Рис. 3: Схема измерения удельного контактного сопротивления проволоки №2
Результаты.
На Рис.4 представлена полученная зависимость удельного контактного сопротивления ITO/металл от удельного сопротивления
пленки ITO (ρITO = Rsh∙h, где h – толщина пленки ITO).
1
2
ρ [Ом∙см ]
0,1
0,01
0,001
0,0001
0,0001
0,001
0,01
0,1
Удельное сопротивление ITO [Ом∙см]
Рис. 4: График зависимости удельного контактного сопротивления ITO/металл
от удельного сопротивления пленки ITO
Выводы.
 Показано, что удельное сопротивление контакта ITO/металл
сильно растет с увеличением удельного сопротивления пленки
ITO: с ростом ρITO в 30 раз величина ρ увеличилась на ~ 3 порядка.
 Характерной для всех образцов зависимости контактного сопротивления ITO/металл от величины тока не наблюдалось.
 Сделан вывод о том, что уменьшение удельного сопротивления
пленки ITO приведет к значительному уменьшению омических
потерь в солнечном элементе и позволит повысить эффективность СЭ LGCell.
Работа выполнена при поддержке гранта президента РФ - Ведущие научные школы НШ-3322.2010.2, Министерства образования и
науки РФ (Госконтракт № 02.740.11.0055) и Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 10-08-01171).
Литература
1. J.Zhao, A.Wang, M.A.Green. Progr. Photovolt.: Res. Appl., 7, 411
(1999).
2. T. Mishima, M. Taguchi, H. Sakata, E. Maruyama. Solar Energy Materials and Solar Cells, doi: 10.1016/ j.solmat.2010.04.030 (2010).
3. Г.Г. Унтила, Т.Н. Кост, А.Б. Чеботарева, М.Б. Закс, А.М. Ситников,
О.И. Солодуха. ФТП, 1393 (2005) [G.G. Untila, T.N. Kost, A.B.
Chebotareva, M.B. Zaks, A.M. Sitnikov, O.I. Solodukha. Semiconductors, 39, 1346 (2005)].
4. W. Lim, D. P. Norton, J. H. Jang, V. Craciun, S. J. Pearton, F. Ren. Appl.
Phys. Lett., 2008, 92, 122102.
5. Untila G., Osipov A., Kost T., Chebotareva A. Proc. 17th European Photovoltaic Solar Energy Conference (Munich, 2001), p. 265.