Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
247
246
Таблица 5.3.1. Изменения характеристик и ввешиего вида солнечных элементов на подложке из нержавеющей стали после термоциклирования [ 49]
Условия Характеристики элементов, % Внешний вид
испытания--______
исходные после 10 циклов
100 °С 30 мин-* Т (1 мин) 40 °С 30 мин—1 100 102 Без изменения
200 °С ЗОмин-». Т (1 мин) 1 40 °С 30 мин—1 100 ПО .. ..
200 °С ЗОмин.* | (1 мин) 1 75 °С ЗОмин—1 100 100
200 °С 30 мин-* у (1 мин) І -200 °С ЗОмин-1 100 96 Частичное отслоение
ких условиях термоциклирования (10 циклов от -200 до +200 °С) в a-Si: Н наблюдалось частичное отслоение.
Из этого следует, что листовая нержавеющая сталь является подходящим материалом подложки для солнечных элементов на основе аморфного кремния. Важным с точки зрения использования нержавеющей стали в качестве подложки является автоматизация процесса полировки поверхности.
5.3.3. Фотовольтаические характеристики солнечных элементов со структурой ОИО/n-i-p/ Нерж. ст.
В работе Ишивата и др. отмечено, что /-слой в p-i-n- или n-i-p-переходе в действительности не является нелегированным, а содержит определенное количество фосфора или бора. Определенные в их работе коэффициенты диффузии фосфора и бора в a-Si: Н из сравнения профилей распределения легирующей добавки в образцах со структурами /-я/Нерж. ст. и ' i-p/Нерж. ст. до и после термообработки при 400 °С составляют соответственно величины меньшие, чем 2 • 10"'7 и 2 • 10"'8 см"2 ¦ с"1. Такие коэффициенты диффузии являются слишком малыми, чтобы легирующий элемент мог продиффундировать в /-слой в процессе его осаждения, поэтому сделан вывод, что захват легирующей примеси обусловлен возбужденными объемами материала, которые переносят в /-слой легирующие атомы от легированного слоя или стенок камеры. Такой захват примеси должен учитываться при разработке и производстве солнечных элементов, полученных из a-Si методом тлеющего разряда на подложках как из нержавеющей стали, так из стекла.
248
Интенсивное изучение влияния бора, легирующего /-слой, на фотоэлектрические характеристики солнечных элементов со структурой ОИ01 n-i-p/Нерж. ст. было проведено в работе [50] и в других исследованиях. Были изготовлены солнечные элементы со структурой ОИО/n-i-р/Нерж. ст. в высокочастотной (13,56 МГц) емкостной установке тлеющего разряда. Сначала на подложку из нержавеющей стали при 270 °С осаждался легированный фосфором слой a-Si: Н толщиной 500 А. Затем последовательно наносились /-слой толщиной 0,5 мкм и слой, легированный бором, толщиной 100 А. Толщина каждого слоя была подобрана эмпирически с точки зрения эффективного преобразования энергии солнечного света в электрическую.
Ожидалось, что содержание бора в /-слое влияет на свойства переноса фотоносителей, сгенерированных в г-слое, а следовательно, и на фотовольтаические характеристики солнечных элементов, поэтому были оценены
Рис. 5.3.2. Профили распределения легирующей примеси в слоях n-i-p a-Si : Н, полученные с помощью ионного микроанализатора [50]
0,4 0,3 0,2 0,1 О приблизительная толщина, мкм
длина дрейфа фотоносителей и характеристики солнечных элементов с различными профилями распределения бора в /-слое. Профили распределения фосфора и бора, представленные на рис. 5.3.2, получены с помощью ионного микроанализатора. Было найдено, что наличие атомов бора в /-слое увеличивает длину дрейфа фотосгенерированньгх дырок и что наибольшая эффективность преобразования в солнечном элементе со структурой ОИО/п-і-р/Нерж. ст. не может быть получена, когда содержание бора в /-слое составляет величину порядка 1 • 1017 атомов/см3.
5.3.4. Микрокристаллические пленки Б!: Н, легированный фосфором, и их использование в солнечных элементах
Как показано, проводимость легированных пленок Б1: Н может быть повышена при проведении осаждения из газовой смеси Нг — леги-
рующая примесь в тлеющем разряде высокой мощности. Такое измене-
249
те проводимости связано с частичной кристаллизацией материала пленки [51, 52]. В работе [48] исследовались электрические, оптические и 7ЛгКЛРНЫе СВ°ЙСТВа ПЛеН°К' легиР°ваннь.х фосфором, с целью совершенствования солнечных элементов. Эти пленки эффективно использо-
паГпмпГ4"/н6 СЛ°Я С° СТ0Р°НЫ °КНа сол»е™°го элемента со структу-рои ШО/и-г-р/Нерж. ст. } у
Свойства микрокристаллических пленок Si; И, полученных в тлеющем разряде и легированных фосфором
На рис. 5.3.3 представлены темповая проводимость при 25 °С и энергия активации проводимости пленок, осажденных при различных мощностях разряда. Легированные фосфором пленки Si: Н были получены разложением газовой смеси SiH4-H2-PH3 (SiH4/H2 = 1/20, PH3/SiH4 = = 0,01) в высокочастотном (13,56 МГц) тлеющем разряде в емкостно-спарснном реакторе. С увеличением мощности разряда проводимость сначала снижается, а затем резко повышается от 10~4 до 8 См/см. При этом энергия активации изменяется от 0,2 до 0,02 эВ.
Для пленок, полученных при различных мощностях разряда, были сняты профили рентгеновских дифракционных максимумов в окрестностях отражения Si (111). Пленки, осажденные при мощности разряда 20 Вт, дают дифракционную картину, свойственную аморфному кремнию, а пленки, полученные при мощности разряда 150 Вт и более, дают дифракционные картины, характерные для кристаллического кремния. Дифракционные картины от пленок, полученных при мощностях тлеющего разряда 50 и 100 Вт, являются промежуточными между аморфными и кристаллическим кремнием. Средний размер кристаллитов в каждой пленке,
