Технология получения тонкопленочных структур для оптоэлектроники на основе опытной установки ионно-лучевого осаждения

• Автор: Письменский, Максим Васильевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 151 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава I. Обзор используемой литературы и проблематика работы

1.1. Типовые конструкции солнечных элементов и их эффективность

1.2. Физические основы работы солнечных фотопрсобразователей

1.3. Технологические методы получения солнечных фотопреобразователей

1.4. Постановка задачи исследования

1.5. Выводы
Глава II. Моделирование процесса осаждения и расчет основных параметров ионнолучевой установки

2.1. Методика распыления вещества в плазме

2.2. Источник ионов Ошибка Закладка не определена.

2.3. Система формирования и управления ионным пучком
2.3.1. Система экстракции
2.3.2. Система фокусировки
2.3.3. Система сканирования
2.4. Нанесение покрытия управляемым ионным лучком
2.5. Вывод
Глава III. Особенности вакуумной системы для ионного осаждения
3.1. Вакуумные параметры системы
3.2. Система откачки вакуумной арматуры установки
3.3. Система управления вакуумными насосами З.4 Выводы
Глава IV. Расчетные и экспериментальные параметры тонкопленочных ЭГх солнечных элементов
4.1. Физические принципы осаждения тонких пленок
4.2. Математическая модель расчета физикомеханических свойств покрытий и экспериментальные данные образцов ионнолучевого осаждения
4.3. Расчетные и экспериментальные данные получения омических контактов, полупроводниковых слоев и металлической гребенки при ионнолучевом осаждении
4.4. Вывод Выводы
Список используемой литературы


Преимущество солнечных элементов на МДП-структурах связано с тем, что в них имеется сильное электрическое поле вблизи поверхности полупроводника, которое направлено так, что помогает коллсктироваиню носителей, создаваемых коротковолновым светом; кроме того, в активной области таких элементов нет кристаллических дефектов, возникающих при диффузии примсссй и присущих солнечным элементам с диффузионными р—«-переходами. В солнечных элементах на МДП-структурах вся поверхность элемента покрыта очень тонким слоем металла. На рисунке 1. Между отдельными полосками полупроводник покрыт прозрачным диэлектрическим слоем. Слон Si толщиной А служит одновременно и прозрачным диэлектрическим слоем, и просветляющим покрытием. Эта конструкция отличается от гетероперехода 1ТО—Si, поскольку Si—диэлектрик и весь ток протекает через зубцы гребенчатой туннельной МДП-структуры. Нели в окисле имеется положительный встроенный заряд, то вблизи поверхности полупроводника будет образовываться помимо обедненного слоя также и инверсионный слой. Генерируемые светом неосновные носители (электроны в случае подложки p-типа) будут коллсктироваться из обедненного и инверсионного слоев с помощью гребенчатой туннельной МДП-структуры со слоем Si толщиной — А. Кроме того, инверсионный слои будет экранировать центры поверхностной рекомбинации. В тонкопленочных солнечных элементах, представленных на рисунке 1. Тонкие пленки CdS, Si, GaAs, InP, CdTe и т. Если толщина слоя полупроводника превышает обратный коэффициент поглощения, большая часть света будет поглощаться в полупроводнике; если диффузионная длина превышает толщину пленки, большая часть генерируемых светом носителей может быть коллектирована. Основное достоинство тонкопленочных солнечных элементов заключается в том, что их стоимость может быть низкой, поскольку технология их изготовления дешевая и при этом используются сравнительно дешевые материалы //. К основным недостаткам относятся низкий КПД. Низкий КПД обусловлен частично влиянием границ зерен, а частично низким качеством полупроводникового материала, выращиваемого на различных подложках //. Проблема деградации связана с химическими реакциями, протекающими между полупроводником и окружающей атмосферой (кислородом, парами воды). На подложку, подогретую до 0 °С, осаждается слой Сс толщиной мкм. Реакция между пленкой Сс и ионами меди приводит к образованию слоя толщиной А. Поверх слоя наносятся прозрачная контактная гребенка и слой просветляющего покрытия //. По существу этот элемент представляет собой гетеропереход с большой плотностью ловушек на границе раздела. При освещении с лицевой стороны излучение поглощается в основном в СщЗ. Спектральный отклик и фототок ограничиваются высокой скоростью поверхностной рекомбинации, малой диффузионной длиной и интенсивной рекомбинацией на границе раздела. Несмотря на это, КПД такого элемента близок к %. Кроме того, здесь возможен дальнейший прогресс: ожидается, что при замене от до % цинка кадмием вырастет выходное напряжение и КПД окажется выше %. Основой другого тонкопленочного элемента служит гетеропереход Си1п8ег/С(. Ток короткого замыкания и к. При увеличении радиуса зерна от 0,3 до 1 мкм и выше КПД возрастает от 4 до 6,6 %. В качестве материалов для создания дешевых солнечных элементов можно рассматривать целый ряд тройных соединений. В качестве материала для тонкопленочных солнечных элементов используется также аморфный кремний. Слои толщиной 1—3 мкм выращиваются на стеклянных подложках, покрытых слоем металла или 1ТО, с помощью разложения силана в высокочастотном разряде. Кристаллический и аморфный кремний сильно различаются: первый имеет непрямую запрещенную зону шириной 1,1 эВ, в то время как характеристики оптического поглощения в гидрогенезированном а- напоминают характеристики кристалла с прямой запрещенной зоной шириной 1,6 эВ. На тонких пленках гидрогенезироваиного а- были созданы солнечные элементы как с р—//-переходами, так и с барьерами Шоттки. Рис. Металлическая гребенка (А1), 2-Слой ЭЮг, З-Инверсиониый слой, 4-Обедненный слой, 5- Подложка ,, 6-Слой А1. Рис. Солнечный Тонкопленочный солнечный элемент на Сс. С^Б н СёБ, 4-слой СбБ, 5-омичсский контакт, 6-подложка .