Фотоэлектрические преобразователи энергии на основе антимонида галлия и твердых растворов GaInAsSb

• Автор: Сорокина, Светлана Валерьевна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 184 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭНЕРГИИ:
СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТОК И ПЕРСПЕКТИВЫ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
1.1. Эффективность фотоэлектрического преобразования
солнечной энергии
1.2. Каскадные преобразователи и применяемые материалы
1.3. Термофотоэлектрические преобразователи: принципы действия
и пути оптимизации
2. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ АНТИМОНИДА ГАЛЛИЯ
2.1 Формирование и исследование диффузионного профиля
2.2. Формирование структур для солнечных элементов
2.3. Конструктивное оформление солнечных элементов
2.4. Широкозонные элементы на основе АЮаАв
2.5. Приемники для концентраторов с линейным фокусом
3. ЖИДКОФАЗНАЯ ЭПИТАКСИЯ И СВОЙСТВА ГЕТЕРОСТРУКТУР ОаБЬ/ОаЫАзБЪ
3.1. Жидкофазная эпитаксия ИаБЬ
3.2. Легирование эпитаксиальных слоев ОаБЬ
3.3. Свойства твердых растворов Оах1п1_хА5у8Ь1.у
3.4. Термодинамическое обоснование режимов гетероэпитаксии твердых растворов ОаДпвуЗЬ
4. ТЕРМОФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА ОСНОВЕ ОаБЬ И ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ СаГпАзБЬ
4.1. Термофотоэлектрические элементы на основе ИаБЬ
4.2. Термофотоэлектрический генератор
4.3. Термофотоэлектрические элементы на основе ОаБАяБЬ
4.4. Монолитные каскадные термофотоэлектрические элементы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение
Актуальность работы В настоящее время хорошо известны успехи в создании эффективных фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии на основе гетероструктур АЮаАз/ОаАз. Совершенствование техники осаждения эпитаксиальных слоев, а также оптимизация физических и конструктивных параметров гетероструктуры позволили разработать солнечные фотоэлементы с КПД, близкими к предельно возможным, лимитируемыми спектром солнечного излучения и шириной запрещенной зоны полупроводникового материала. Преимущества гетерофотоэлементов в сравнении с кремниевыми фотоэлектрическими преобразователями особенно заметны при аккумулировании концентрированного светового излучения, в которых требуемая площадь, а значит, и их стоимость уменьшаются пропорционально степени концентрации светового потока.
Возможности дальнейшего повышения эффективности фотоэлектрического преобразования энергии связывают с разработкой каскадных элементов, созданных на основе полупроводниковых материалов с различающимися запрещенными зонами. Теоретические оценки показывают, что одной из наиболее перспективных модификаций каскадного фотоэлемента является тандем на основе арсенида и антимонида галлия.
Повышенный интерес к антимониду галлия обусловлен и возможностями его успешного применения в термофотоэлектрических генераторах, используемых в качестве автономных источников электроэнергии. Ширина запрещенной зоны Са5Ь в наибольшей мере соответствует спектру излучения эмиттеров, разогретых до экологически безопасных температур 1200-1400 °С.
Использование твердых растворов СаЬпАзБЬ с Е ~ 0.5-0.6 эВ позволяет увеличить эффективность фотоэлектрического преобразования при пониженных температурах излучателя (1000-1100 °С) за счет поглощения фотонов в более длинноволновой части спектра излучения нагретых тел. Существенные резервы в повышении КПД термофотоэлектрических

генераторов могут быть реализованы путем создания каскадных преобразователей на основе гетероструктур ОаЗЬ/ОаТпАзБЬ.
Таким образом, антимонид галлия и изопериодные с ним твердые растворы Оа1пАз8Ь следует рассматривать как важнейшие материалы фотоэлектрической энергетики. Однако многие вопросы, связанные с технологическими процессами создания фотоэлектрических структур, конструктивным оформлением фотоэлементов, а также с оценкой роли различных физических факторов требуют тщательной проработки.
Цель настоящей работы заключалась в характеризации процессов жидкофазной эпитаксии и диффузии цинка в Оа8Ь и твердых растворах СаГпАзБЬ и разработке на этой основе воспроизводимой технологии изготовления фотоэлектрических элементов для использования их в каскадных преобразователях солнечной энергии и термофотоэлектрических генераторах.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
- исследование профилей диффузии цинка, соответствующих различным режимам диффузионного отжига;
- изучение механизма диффузии цинка в ваБЬ и твердых растворах ОаЬгАзБЬ;
- изучение закономерностей анодного оксидирования ОаБЬ и ОаЬъАьЗЬ для управления поверхностной концентрацией диффузанта и определения диффузионного профиля при послойном травлении оксидированных слоев;
- отработка режимов низкотемпературной жидкофазной эпитаксии слоев Са8Ь со строго заданной толщиной и определение закономерностей легирования;
- исследование влияния конструктивных и технологических факторов на фотоэлектрические свойства получаемых структур;

подтвердили работоспособность основных принципов, заложенных в конструкцию. В настоящее время имеются благоприятные условия для организации крупномасштабного производства новых автономных источников электрической энергии.