Фотоэлектрические преобразователи излучения на основе узкозонных полупроводников (GaSb, Ge, InAs)

• Автор: Хвостикова, Ольга Анатольевна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 131 с. : ил.

1. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УЗКОЗОННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ.

1.1. Узкозонные фотоэлементы: особенности применения в

фотоэнергетике

1.2. Термофотоэлектрические преобразователи: принцип действия и возможности эффективного использования
1.3. Обоснование выбора полупроводниковых материалов для изготовления термофотоэлектрических преобразователей

1.4. Формулирование задач диссертационной работы

2. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА ОСНОВЕ ГЕРМАНИЯ.

2.1. Особенности легирования германия в квазизамкнутом объеме

2.2. Выбор легирующей примеси для формирования £>-«-перехода в германии

2.3. Диффузионное легирование германия и характеристики получаемых фотоэлементов

2.4. Разработка термофотоэлектрических элементов на основе Ge с тыльным зеркалом

3. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА ОСНОВЕ /7-СаАз/р-Ое/п-Ое ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ.
3.1. Фотоэлектрические преобразователи на основе Се с широкозонным окном СаАэ, выращенным методом жидкофазной эпитаксии.
3.1.1. Получение гетероструктур СаАБ/Ое комбинацией методов быстрого охлаждения раствора-расплава и газовой диффузии

3.1.2. Параметры Ие фотоэлементов с СаАэ окном, выращенным методом жидкофазной эпитаксии
3.2. Фотоэлектрические преобразователи на основе ве с широкозонным окном ваАз, выращенным методом газофазной эпитаксии.
3.2.1. Поиск оптимального технологического способа изготовления гетероструктур СаАз/Пе с помощью методов диффузии и газофазной эпитаксии
3.2.2. Характеристики ве фотоэлементов с СаАэ окном, выращенным методом газофазной эпитаксии
3.3. Сравнительный анализ основных параметров Се фотоэлементов, полученных различными способами
4. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА ОСНОВЕ УЗКОЗОННЫХ А3В5 ПОЛУПРОВОДНИКОВ (СаБЬ, ЫАв).
4.1. Фотоэлектрические преобразователи на основе ваЗЬ
4.1.1. Исследование свойств слиткового материала ваБЬ
4.1.2. Формирование и исследование омических контактов к вавЬ
4.1.3. Исследование влияния глубины р-н-перехода и формы диффузионного профиля на выходные характеристики СаЗЬ фотоэлементов
4.1.4. Разработка термофотоэлектрических ваЗЬ элементов с тыльным
зеркалом
4.1.5. Характеристики разработанных фотопреобразователей на основе СаЗЬ
4.2. Термофотоэлектрические преобразователи на основе ЕиАл.
4.2.1. Термофотоэлектрические элементы на основе 1пАз
4.2.2. Термофотоэлектрические элементы на основе ФАэЗБР
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Актуальность темы. В последнее время в связи с энергетическим кризисом большое внимание привлечено к проблеме поиска альтернативных возобновляемых экологически чистых источников энергии. Наиболее перспективным в этой связи представляются возможности фотоэлектрического способа преобразования солнечной энергии.
Основным направлением гелиоэнергетики с точки зрения достижения максимально возможных значений КПД является использование каскадных солнечных элементов. В этом случае прирост эффективности осуществляется за счет преобразования длинноволнового излучения солнечного спектра при добавлении в конструкцию фотопреобразователя узкозонного фотоэлемента.
В качестве материала, для нижнего элемента механически стыкованного каскада могут успешно использоваться такие узкозонные полупроводники, ' как германий или антимонид галлия.
Помимо солнечных элементов принцип фотоэлектрического. : преобразования излучения реализуется также в термофотоэлектрических (ТФЭ) преобразователях. Метод позволяет осуществлять преобразование энергии излучения нагретых тел (эмиттеров) в электроэнергию с помощью полупроводниковых фотоэлементов, чувствительных в инфракрасной области спектра. Этот менее известный способ преобразования излучения несомненно перспективен потому, что ТФЭ генераторы могут работать в условиях, независимых от природных факторов (днем, ночью и в пасмурные дни). ТФЭ преобразователи должны иметь ширину запрещенной зоны 0.4-0.8 эВ для эффективного преобразования относительно длинноволнового инфракрасного излучения нагретого эмиттера. ТФЭ генераторы, также как и солнечные энергоустановки, являются перспективными для их использования в качестве автономных, бесшумных и экологически чистых источников электрической энергии.

увеличения глубины р-и-перехода под будущими контактами. Подложками служили монокристаллические пластины р-Ое толщиной 350 мкм с ориентацией в плоскости (100), легированные галлием до концентрации 5-1016 см"3. Размер элементов варьировался от 2x2 мм2 до 10x10 мм2.
Были получены фотоэлементы с внешним квантовым выходом 0.8-0.85 при длине волны X = 1200-1600 нм (рис. 2.4). В спектральном диапазоне 540-1820 нм для спектра АМ1.5Б плотность фототока для п-р-Се фотоэлементов, полученных с помощью диффузии сурьмы в подложку /7-Ое, составила 28 мА/см
Как отмечалось в главе 1, в подавляющем большинстве случаев при создании фотоэлементов р-н-переход в германии формируют донорными примесями в подложку /7-типа проводимости, поэтому легирование цинком потребовало более тщательного исследования и теоретического расчета параметров процесса диффузии. Поскольку источник легирующей примеси -навеска цинка, бралась умышленно с избытком, то расчет концентрационного распределения атомов цинка производился на основе модели диффузии из постоянного источника в полуограниченное тело по выражению (2.4).
Была проведена теоретическая оценка глубины залегания р-н-перехода, соответствующая различным режимам диффузионного отжига: время
процесса варьировалось от 20 до 90 минут при фиксированной температуре диффузии 670-680 °С (0-2-10'14 см2/с [72]). Согласно данным работы [80], оптимальная глубина р-и-перехода для создания фотоэлементов на основе германия соответствует 0.2-0.3 мкм, что достигается длительностью диффузионного отжига 40-80 минут (теоретические кривые на рис.2.5).
Лучшие элементы были получены на монокристаллических подложках и-Ое толщиной 350 мкм с ориентацией в плоскости (111), легированные сурьмой до концентрации (1-3)-1017 см"3 при длительности диффузии ~ 45-50 минут. Размер элементов варьировался от 2x2 мм2 до 10x10 мм2.