Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
О 50 100 150 ^ЗГ Ш 10 Ю 10
еч' б, См/см
Рис. 5.3.3. Проводимость и энергия активации Е проводимости ппи комнатной температуре пленок в! : Н, легированных фосфором,, зависимости^ мопХс™
™енках3'%°бЪнМ!! ™Д°ЛЯ кРис~еСК°Й фаЗЫ Vf И размеР *Ристаллитов 8 в костью [48]' ЛСГИр°ВаННЫХ Фосфором, сопоставленные с темновой „роводи-
250
оцененный по уравнению Шеррера из полуширины дифракционной линии, составляет величину порядка 60 А (рис. 5.3.4).
Для определения объемной доли кристаллической фазы часть пленок, полученных при мощности разряда 150 Вт, отжигалась в атмосфере водорода вплоть до 800 °С. С повышением температуры отжига размер кристаллитов увеличивался. Однако интегральная интенсивность дифракционных максимумов остается почти постоянной. На основании этого предполагается, что пленки, полученные при мощности разряда 150 Вт, почти полностью состоят из кристаллической фазы.
Пленки, полученные при промежуточных мощностях разряда 50 и 100 Вт и дающие дифракционные картины смешанного вида, состоят из смеси кристаллической и аморфной фаз. Объемная доля кристаллической фазы в пленках оценивалась наложением двух профилей с использованием подгонки методом наименьших квадратов. Связь между найденной объемной долей кристаллической фазы и проводимостью пленок при 25 °С показана на рис. 5.3.4. Из рисунка также следует, что проводимость пленок от размеров кристаллитов практически не зависит. Эти результаты дают основание предположить, что кристаллизация происходит путем увеличения числа зародышей, что и является причиной увеличения проводимости. Отжиг кристаллических пленок при 700 °С увеличивает размер кристаллитов до 100 А в диаметре, а проводимость изменяется слабо. Эти данные хорошо согласуются с предложенной моделью, согласно которой пленки, получаемые при мощности разряда 150 Вт, являются целиком кристаллическими. Пунктирная линия на рис. 5.3.4 отражает изменение проводимости, выведенное на основании теории эффективной среды в предположении, что проводимость кристаллической фазы равна 10 См/см, а аморфной 10~4 См/см. Рассчитанная зависимость проводимости от доли кристаллической фазы в пленках, состоящих из вкрапленных кристаллитов в аморфную фазу, хорошо согласуется с экспериментально наблюдаемыми значениями.
[48] (скорость потока лч4 3,5 станд. см3/мин, SiH4/H, = 1/20)
251
На рис. 5.3.5 представлены спектры оптического поглощения пленок, полученных при различных мощностях разряда. Спектр поглощения пленки, осажденной при мощности разряда 20 Вт, совпадает со спектром поглощения нелегированной аморфной гидрогенизированной пленки. С увеличением мощности разряда коэффициент поглощения а уменьшается и в итоге достигает значения, характерного для кристаллического кремния.
Использование микрокриста^гпических пленок Si :Н " в солнечных элементах со структурой ОИО/n-i-p/Нерж. ст.
От материала, который используется для слоя со стороны окна в солнечных элементах на основе a-Si: Н, требуются такие свойства, как: 1) высокая оптическая прозрачность в видимой части солнечного спектра с целью обеспечения эффективного проникновения падающих фотонов в /-слой, где генерируется фототок; 2) высокая проводимость для создания хорошего омического контакта с прозрачным электродом.
Как отмечалось выше, микрокристаллические пленки Si: Н, легированные фосфором, по сравнению с обычными легированными фосфором пленками a-Si : Н имеют меньший коэффициент оптического поглощения и большую проводимость: другими словами, микрокристаллические пленки являются более подходящими для слоя со стороны окна.
В солнечных элементах со структурой ОИО/n-i-p/Нерж. ст. с целью снижения потерь на оптическое поглощение со стороны окна осаждается очень тонкий (порядка 100 А) л-слой. При использовании микрокристаллических легированных фосфором пленок очень важно знать, сохраняется ли их кристалличность при такой малой толщине. Этот вопрос был исследован с помощью дифракции электронов на пленках, осажденных при высокой мощности разряда на нелегированную пленку a-Si: Н толщиной 1 мкм. Дифракция электронов от этих пленок четко выявляет коль-
0 0,4 о,8 У,в
Рис. 5.3.6. Типичные характеристики солнечных элементов площадью 1,2 см3 со структурами оксиды индия - олова /я (мк)/г'-р/нержавеющая сталь (7) и оксиды индия - олова/и-г'-р/нержавеющая сталь (2), измеренные при условии АМ-1 (100 мВт/см2) 1531:
"ос К3 "
Кривая/ . 0,86 13,9 0,652 7,8 Кривая 2 . 0,86 12,3 0,651 6,9
252
ца Дебая-Шеррера [48], что указывает на их кристаллическое состояние даже в том случае, когда они очень тонкие.
В работе [48, 53] были изготовлены два типа солнечных элементов со структурой ОИО/n-i-p/Нерж. ст. В элементах одного типа в качестве слоя со стороны окна использовался кристаллический и-слой кремния, а в элементах другого типа — нормальный (аморфный) и-слой. Их характеристики были измерены при освещении АМ-1 (100 мВт/см2) от источника, моделирующего солнечный свет. Значения напряжения холостого хода Voc и коэффициента заполнения КЗ были одинаковыми для элементов обоих типов, а ток короткого замыкания увеличился на 13 % в элементах с кристаллическим «-слоем. На рис. 5.3.6 представлены ВАХ солнечных элементов нового типа площадью 1,2 см2 (кривая 1) и обычного элемента (кривая 2) [53]. Зависимость фототока от длины волны промерялась при постоянной мощности падающего света. Фототок элемента с кристаллическим слоем был выше, чем фототок обычного элемента, особенно в коротковолновой области. Такое улучшение, с одной стороны, обусловлено более низким коэффициентом поглощения и более высокой проводимостью кристаллического л-слоя. С другой стороны, это улучшение частично объясняется новой гипотезой двойного просвет-' ляющего эффекта кристаллического слоя со стороны окна, развитой Учида и др. [53]. Они обнаружили, что поверхностное отражение элемента с кристаллическим слоем меньше, чем отражение от обычного элемента. Это является результатом того, что коэффициент отражения кристаллического Si: Н меньше коэффициента отражения a-Si: Н. Известно, что более низкое отражение можно получить нанесением двух просветляющих покрытий вместо одного (оксиды индия—олова действуют в качестве такого покрытия в солнечных элементах на основе a-Si: Н). При использовании двух покрытий прилежащий к полупроводнику слой должен иметь больший коэффициент отражения, чем слой, расположенный над ним [54]. Коэффициенты отражения a-Si : Н, мк-Si: Н и ОНО при длине волны 550 нм равны соответственно 3,2, 2,8 и 2, поэтому желаемое сочетание коэффициентов отражения получается без введения дополнительно просветляющего слоя между a-Si: Н и ОНО. Этим и объясняется уменьшение поверхностного отражения в элементах с кристаллическим покрытием [53].
