Структурные, оптические и электронные свойства многокомпонентных халькогенидов металлов групп I и III для тонкопленочных фотопреобразователей солнечной энергии

• Автор: Якушев, Михаил Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 299 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОЕДИНЕНИЯ ГРУППЫ А'ВтС2У| СО СТРУКТУРОЙ

ХАЛЬКОПИРИТА. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Структура кристаллической решетки соединений группы А'В111 С2У

1.2 Электронные свойства соединений Си1п8е2, Си1п82, СиСа8е

1.2.1 Зонная энергетическая структура соединений Си1п8е2, Си1п82, СиОаБе?.

1.2.2 Ширина запрещенной зоны соединений Си1п8е2, Си1п82, СиОа8е

1.2.3 Эффективные массы носителей заряда в Си!п8е2, Си1п82 и СиОа8е

1.2.4 Обнаружение экситонных состояний по спектрам люминесценции
Си1п8е2, Си1п82, СиОа8е
1.3 Собственные дефекты структуры и легирование халькопиритных
соединений Си1п8е2, Си1п82 и СиСа8е
1.3.2 Точечные дефекты в соединении Си1п8е
1.3.3 Точечные дефекты в соединениях Си1п82и СиОа8е
1.3.4 Образование хвостов плотности состояний в сильнолегированных
халькопиритных соединениях
1.4 Легирование халькопиритных соединений собственными структурными дефектами
1.5 Поверхность соединений Си1п8е
1.6 Радиационная стойкость соединений Си1п8е2 и Си(1п,Са)8е
1.7 Формулировка цели и постановка задач исследований
ГЛАВА 2. ВЫРАЩИВАНИЕ МОНОКРИСТАЛЛОВ И ПЛЕНОК
ХАЛЬКОПИРИТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ГРУППЫ а'ВшС2У
2.1 Монокристаллы халькопиритных соединений группы А'ВП1С 2У
2.2 Тонкие пленки Си1н8е
2.3 Тонкие пленки Си(1п,Са)8е
2.4 Выводы по Главе
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Элементный анализ монокристаталлов и пленок халькопиритных

соединений группы А1ВШС2У
3.1.1 Резерфордовское обратное рассеяние
3.1.2 Метод ядерных реакций
3.1.3 Волнодисперсионный и энергодисперсионный анализ
3.1.4 Рентгеновская фото- и Оже-электронная спектроскопия
3.2. Методы исследование структуры и структурного совершенства
монокристалловов
3.2.1 Эффект теней
3.2.2 Ионная спектроскопия и резерфордовское обратное рассеяние с
эффектом каналирования
3.2.3 Метод разделения спектров Резерфордовского обратного
рассеяния многокомпонентных соединений
3.2.4 Профили распределения дефектов по глубине монокристаллов
3.3 Рентгеновская фотоэлектронная дифракция на монокристаллах
3.4 Рамановская спектроскопия халькопиритных соединений
3.5 Релаксация спина мюонов
3.6 Оптическая спектроскопия халькопиритных соединений
3.6.1 Оптическое поглощение
3.6.2 Фотолюминесценция
3.6.4 Техника спектроскопических измерений
3.7 Подготовка поверхности монокристаллов халькопиритных соединений
3.7.1 Механическая полировка
3.7.2 Химическое травление
3.7.3 Подготовка поверхности, методика полировки и травления для Си1п8е2,
СиОа8е2 и Си1пТе
3.7.4 Ионная чистка поверхности халькопиритных соединений с
последующим термическим отжигом
3.7.5 Распыление поверхности низко-энергетическими ионами
3.8 Ионная имплантация поверхностных слоев
халькопиритных соединений
3.9 Научное сотрудничество при исследовании халькопиритных соединений группы А|В1ПС2У
3.10 Выводы по Главе

ГЛАВА 4. ЭФФЕКТЫ ВНЕДРЕНИЯ ВОДОРОДА В РЕШЕТКУ
ХАЛЬКОПИРИТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ГРУППЫ A1Bn,C2VI
4.1 Эффекты введения водорода из плазмы в поверхностные слои соединений CuInSe
4.2 Эффекты низкоэнергетической имплантации водорода в поверхностные слои соединний CuInSe
4.2.1 Структурные изменения в соединениях CuInSe2, имплантированных водородом
4.2.2 Модификация оптоэлектронных свойств халькопиритных соединений CuInSe2 и Cu(In,Ga)Se2 при имплантации водородом и дейтерием
4.2.3 Свойствар-п перехода, сформированного имплантацией водорода.
4.3 Эффекты имплантации водородом с эВ энергиями в CuInSe
4.4 Диффузия водорода в халькопиритные соединения группы А^111 C2VI
4.5 Структурные позиции водорода в решетке CuInSe2 и CuInS
4.6 Выводы по Г лаве
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИАЦИОННЫХ ДЕФЕКТОВ В
ХАЛЬКОПИРИТНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ CuInSe2, CuInS2, CuGaSe2 И ТВЕРДЫХ PACTBOPAXCu(In,Ga)Se
5.1 Исследование влияния ионной бомбардировки на структурные свойства халькопиритных соединений CulnSe2, CuInS2 и CuGaSe
5.2 Исследование влияния ионной бомбардировки на оптоэлектронные свойства CuInSe2 и Cu(In,Ga)Se
5.3 Влияние электронной бомбардировки на оптоэлектронные свойства тонких пленок Cu(In,Ga)Se
5.4 Исследование влияния электронной бомбардировки на оптоэлектронные свойства структурно-совершенных монокристаллов CuInSe
5.5. Выводы по Главе
ГЛАВА 6. ОПТИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ СОЕДИНЕНИЙ AIB,IIC2VI СО
СТРУКТУРОЙ ХАЛЬКОПИРИТА
6.1 Оптическая спектроскопия структурно-совершенных монокристаллов CuInSe
6.2 Спектральное положение линий свободных экситонов в CuInSe2

разрешены в спектрах фотоотражения измеренных при 12 К [65]. При этом полуширина линий свободных экситонов А [65] составляла ~ 2 мэВ, что свидетельствует о существенном улучшении качества материала по сравнению с данными, полученным в работе [40]. Значение полуширины экситонных линий ~ 2 мэВ существенно больше полуширин 0.5-0.7 мэВ, наблюдаемых в спектрах качественных двойных соединений, например ОаАь, ZnS. Это означает, что качество исследованного в [65] Си1п8е2 было невысоким. Лучшие спектры ФЛ с разрешенными экситоными линиями [66] приведены на Рис.1.5(а).
1.52 1.53 1.
Энергия фотона, эВ

СиІпБг
СиІпБ

Энергия фотона, эВ
г (а) СиІпБег е,,,
Рис.1.5 Экситонные спектры ФЛ для Си1п8е2 [41] (а) и Си1п82 [35] (б)
Как уже отмечалось в спектрах поглощения линии А- и В-экситонов разрешены не были, что указывает на низкое качество исследовавшихся материалов. По сравнению с Си1п8е2 структурное совершенство монокристаллов Си1п82, определяемое по полуширинам экситонных линий в спектрах ФЛ, всегда было выше, полуширина линий А экситонов в спектрах ФЛ измеренных при 2 К в 1971 году [67] составляй 2 мэВ, а полуширина линии хорошо разрешенного связанного экситона была ~ 1.3 мэВ, что существенно меньше полуширины ~ 7.3 мэВ зарегистрированной в то время для соединения Си1п8е2. Недавние измерения спектров ФЛ при 8 К демонстрируют полуширину линии А свободных экситонов ~ 1.1 мэВ [68].
Следующим шагом в улучшении качества материала следует считать разрешение поляритонной структуры свободных экситонов А [35], хотя убедительных доказательств такой природы обнаруженных линий приведено не было. Расщепление линии свободных экситонов на две компоненты, соответствующие верхней и нижней ветви поляритонов,