Измерение спектрального коэффициента отражения проводилось на двух приборах: спектрофотометре СФ-2М в области 0,4— 0,75 мкм и инфракрасном спектрофотометре ИКС-14 со специаль­ной приставкой для измерения зеркального отражения в области 0,75—2,2 мкм. Кривые, снятые в обеих областях спектра, хорошо совпали при X = 0,75 мкм. В качестве эталона в видимой области спектра использовались кремниевые фотоэлементы, абсолютный спектральный коэффициент отражения которых был измерен с по­мощью фотометрической сферы, в ближней инфракрасной облас­ти — алюминированное зеркало с известной спектральной зави­симостью коэффициента отражения.

Абсолютная спектральная чувствительность фотоэлементов из­мерялась на зеркальном монохроматоре ЗМР-З с использованием радиационного термоэлемента.

Результаты отдельных этапов расчетного определения donT приведены на рис. 2.2. На рис. 2.2, а представлены полученные в результате расчета спектральные зависимости коэффициента отражения поверхности кремния после просветления пленками SiO. Исходная поверхность кремниевых фотоэлементов представ­ляет собой сильнолегированный (до концентрации примесей 4>

• 1020 см-3) слой /г-типа, полированный в смеси кислот.

Расчет проводился с учетом многократного отражения в плен­ке по формуле

Д _ I /о I2 + І /і I2 + 2 I /о 1 ІДІсоз^яД)

1 + І /о І21 /і I2 + 2 | /о I | fi | cos (с/4яА) ’

где

і г._- ,1() ~ Пі * / Я1 — п2 .

0 »0 + «1 ’ ~ /ц — J — га2 ’

Щ = nSi; — показатель преломления просветляющего покрытия; п0 = 1. Значения пг (для SiO) взяты из работы [23]. В расчетах учитывалась дисперсия показателей преломления кремния ГЗО] и пленки. Кривая Т (рис. 2.2, б) — измеренная абсолютная

1, Ґ, Г~ d = 0;

2, 2’, 2” — d = 0,125 мкм;

3, s’, з" — d = 0,1375 мим;

4, 4′,4" — d = 0,15 hbm;

5,5′, 5" — d = 0,175 мкм;

6, 6′, 6“ — d = 0,2 мкм;

7, 7′, 7" — d = 0,2125 мкм

РИС. 2.3. Экспериментальные (штриховые) и расчетные (сплошные) спектральные за­висимости коэффициента отра­жения (1,2) и абсолютной чувствительности (3, 4) крем­ниевого фотоэлемента, про­светленного пленкой SiO

1.3 — d = 0,15 мкм;

2.4 — d = 0,2 мкм

спектральная чувствительность фотоэлемента с чистой полирован­ной поверхностью, расчетный коэффициент отражения от кото­рой — кривая 1 (рис. 2.2, а). Спектральные зависимости абсолют­ной чувствительности того же фотоэлемента после просветления пленкой SiO разной оптической толщины получены пересчетом кривой 1 с учетом уменьшения отражения после просветления. Нарис. 2.2, в представлено использованное в расчетах спектраль­ное распределение энергии излучения в спектре внеатмосферного Солнца р(Х) (Р = 1360 Вт/м2). Кривые 1"—7" получены расчетом по спектральной чувствительности (Г—7′), а площади, ограниченные ими, позволяют определить расчетным путем значения плотности тока короткого замыкания фотоэлемента при работе на внеатмо­сферном Солнце.

Аналогичные результаты дает и эксперимент. Для этого на фотоэлемент, параметры которого использовались в расчетах, а также на ряд других фотоэлементов наносились последовательно пленки SiO со значениями оптической толщины, использованны­ми в расчетах (см. рис. 2.2). Просветление производилось напыле­нием в вакууме при давлении 5-Ю-6 мм рт. ст. из смеси Si + Si02, загруженной в танталовую лодочку, со скоростью бООА/мин. После нанесения каждой из пленок SiO на монохроматоре измеря­лась абсолютная спектральная чувствительность фотоэлемента и ток короткого замыкания при освещении излучением имитатора Солнца. Затем пленка SiO удалялась плавиковой кислотой, фо­тоэлемент промывался деионизованной водой и после специальной обработки поверхности производилось напыление пленки другой оптической толщины. Контроль толщины пленки проводился по достижению минимума отражения при данной длине волны.

Полученные экспериментальные кривые спектральной чувст­вительности пересчитывались на известное спектральное распреде­ление солнечного излучения [53], а измерения под имитатором по­зволяли сразу получить значения JK. a фотоэлемента при Р = = 1360 Вт/м2. Экспериментальные кривые спектральной чувстви­тельности фотоэлемента почти совпали с кривыми, полученными расчетным путем на основе данных по отражению, что говорит о получении на поверхности кремния пленки с оптическими свой­ствами, близкими к использованным при расчетах. Измерение от­ражения от просветленной поверхности фотоэлемента подтверждает этот вывод. Из рис. 2.3 видно, что экспериментальные кривые спектральной чувствительности и коэффициента отражения для пленок SiO с d = 0,15 и 0,2 мкм хорошо совпадают с расчетными. Подобные же результаты были получены для пленок SiO с другими значениями оптической толщины.

Результаты определения по этим методикам JK3 фотоэлемента с чистой поверхностью и с просветляющими покрытиями на осно­ве SiO различной оптической толщины при работе в условиях вне-

атмосферного солнечного излучения суммированы в табл. 2.1. Анализ этих результатов позволяет сделать ряд важных выводов: наиболее выгодной оптической толщиной пленки SiO для работы на внеатмосферном Солнце является й0Пт = 0,15 мкм (A, min = = 0,6 мкм), теоретически позволяющая получить прирост /к. э 44— 45%; нанесение покрытий, приводящих к минимальному отраже­нию в точке максимума спектральной чувствительности фотоэле­ментов (при X -= 0,85 мкм), энергетически невыгодно в случае работы фотоэлементов на внеатмосферном Солнце, так как /к. э фотоэлемента, просветленного пленкой SiO с d = 0,2125 мкм (Amin = 0,85 мкм), на 9—10% ниже JK-3 фотоэлемента после на­несения пленки SiO с d = 0,15 мкм (Amj, i = 0,6 мкм); изменение оптической толщины пленки d от 0,1375 до 0,1750 мкм весьма не­значительно сказывается на /к з просветленного фотоэлемента — изменение составляет не более 2,5% от /ь.3 фотоэлемента, просвет­ленного наиболее эффективной пленкой с й0Пт = 0,15 мкм.

Последний вывод имеет два важных практических следствия: отсутствие жесткого допуска на толщину покрытия позволяет вести визуальный контроль за ходом процесса его нанесения, что зна­чительно упрощает просветление кремниевых фотоэлементов в производственных условиях, так как не требуется сложной автома­тической системы контроля; широкий диапазон допустимых зна­чений дает возможность выбирать толщину покрытия исхо­дя из других требований, существенных для эксперименталь­ных характеристик фотоэлементов: механической прочности по­крытий, влияния на радиационные характеристики поверхности, например на интегральный коэффициент поглощения солнечного излучения ас.

Было показано, что величина d = 0,15 мкм (Amin = 0,6 мкм) приводит к наибольшему приросту /к 3 и при других просветляю­
щих покрытиях на поверхности кремниевых фотоэлементов. Это позволяет рассчитать оптимальный показатель преломления про­светляющего покрытия: riy = n’ll — 2,012. Использованная ме­тодика определения оптимальных параметров просветляющих покрытий успешно применена при разработке двухслойных по­крытий, позволяющих решить одновременно задачи просветления и температурной стабилизации фотоэлементов в условиях безвоз­душного пространства Г55], а также при расчете покрытий для фотоэлементов других систем, в частности на основе GaAs.

Было обнаружено, что применение просветляющих покрытий не только увеличивает спектральную чувствительность и /к.3, но и улучшает всю вольт-амперную характеристику фотоэлемента в целом. На рис. 2.4 показаны измеренные под имитатором внеат­мосферного солнечного излучения вольт-амперные характеристи­ки одного из фотоэлементов до и после просветления пленками MgF2, Si02, Ce02, ZnS, SiO*, Sn02, SiO c d = 0,15 мкм. В случае применения пленок SiOx, Sn02, SiO было получено уве­личение КПД фотоэлемента на 41—44% от его значений до про­светления. Аналогичные результаты были получены в работах [56, 57] после нанесения пленок ТЮЖ, Ta205, Nb205.