Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
od = ооо ехр {EalkT) ехр {-EajkT). (4.1.8)
Применимость к пленкам a-S?i_xGex : Н различного состава уравнения Мейера-Нельделя до конца не понятна, однако, очевидно, что введение в пленки a-Si: Н германия дополнительных локализованных состояний не создает. Оптимизация условий осаждения позволяет приблизить значение энергии активации к половине ширины запрещенной зоны и уменьшить плотность акцепторных свободных связей атомов Ge. По величине сдвига энергии активации можно определить также уровень Ферми. Методом ЭПР была определена концентрация неспаренных спинов, связанных со свободными связями атомов Ge. Последняя оказалась равной ~6. ¦ 10'6 см"3.
Фотопроводимость пленок измерялась в условиях АМ-1' методом прерывания подсветки (мощность светового потока 100 мВт/см2). Как видно из рис. 4.1.8, существенного влияния условий осаждения пленок на фотопроводимость замечено не было. Для более тщательного исследования зависимости фотопроводимости от условий осаждения определялось отношение фотопроводимости к темновой проводимости. Зависи-
10 6
Рис. 4.1.8. Зависимость фотопроводимости в пленках a-Si, -xGcx: Н от оптической ширины запрещенной зоны. Мощность светового импульса Pin = 100 мВт/см , условия АМ-1
Рис. 4.1.9. Зависимость отношения ophlad от оптической ширины запрещенной зоны | 16|
' Под условиями АМ-1 принято подразумевать условия проведения эксперимента вблизи поверхности земли (атмосферная масса = 1).
166
167
мость этого отношения от оптической ширины запрещенной зоны показана на рис. 4.1.9. Считается, что отношение фотопроводимости к темповой проводимости отражает способность материала вырабатывать фото-э.д.с. Действительно, согласно данным, приведенным на рис. 4.1.9 по порядку величины черные и белые кружки совпадают, что хорошо коррелирует с показателями полученных из пленок a-Si[_xGex:H фотоэлементов.
На рис. 4.1.10 показана зависимость подвижности электронов от ширины запрещенной зоны. Подвижность измерялась с помощью изготовленного на основе a-Sii_xGex : Н тонкопленочного транзистора, включенного по схеме с изолированным затвором. Транзисторы изготовлены на кремниевых подложках с оксидным слоем или пленкой нитрида кремния толщиной 1000 А. Как можно видеть из рис. 4.1.10, с увеличением содержания в пленках германия наблюдается слабое уменьшение подвижности.
Характер зависимости предэкспоненциального фактора от концентрации Ge свидетельствует о том, что с увеличением в пленках содержания германия уменьшается плотность размазанных состояний N(?"c). Определяющее время жизни электронов отношение Op/Jfi,, от концентрации Ge оказалось почти независимым. Обусловленное германием снижение величины цп может быть подавлено путем уменьшения в пленках атомных цепочек дигидрида кремния, наличие которых следует из спектров ИК-поглощения.
На рис. 4.1.11 показана зависимость подвижности носителей заряда от величины постоянного смещающего напряжения. По мере увеличения смещающего положительного по отношению к аноду напряжения величины электронной и дырочной подвижности растут, достигая значений 0,05
Е9арСЭв
Напряжение, В
Рис. 4.1.Ю. Зависимость подвижности электронов „„ от оптической ширины запре-
щенной зоны Eg
opt
Рис. 4.1.11. Зависимость подвижности электронов от постоянного напряжения смещающего при осаждении электрический потенциал подложки относительно анода
168
и 0,02 см2/(В • с) соответственно. Такой рост подвижности (в особенности для дырок) является очень интересным результатом. Большие подвижности дырок особенно необходимы при создании на основе a-Si[_xGex : Н солнечных батарей каскадного типа.
Эффект Стаеблера-Вронских в пленках a-Sij-xGex : Н
Одна из основных проблем использования аморфного кремния и сплавов на его основе в солнечных элементах — нестабильность его оптоэлек-тронных свойств при воздействии солнечного света. Явление деградации фотопроводимости и темновой проводимостей при облучении солнечным светом впервые описано Стаеблером и Вронски и получило название "эффекта Стаеблера—Вронски". Механизм деградации изучался в различных работах и с различных точек зрения, однако никаких конкретных данных в литературе до сих пор пет. Заметим, что аналогичный эффект может приводить и к деградации фотоэлементов.
В работе Сато и др. проведено исследование этого эффекта в пленках a-Si: Н и a-Su_xGex: Н. На рис. 4.1.12 и 4.1.13 показаны результаты измерений в условиях АМ-1 проводимости пленок при облучении их длительными световыми импульсами, моделирующими поток солнечного света мощностью 100 мВт/см2. За период подсветки фотопроводимость
10-* V*
W"\-1-L
0 2 4 0,3 0,5 0,7
Время, ч Л, мкм
Рис. 4.1.12. Изменение темновой проводимости и фотопроводимости пленок а-Si [_xGex : Н под влиянием облучения: / - в темноте; // - световой импульс
Рис. 4.1.13. Спектральная зависимость произведения дат в пленках a-Si i-XC,cx: Н до (а) и после (б) облучения
169
снижается на 20% от егю начального значения (в a-Si: Н), а при включении светового импульса темновая проводимость оказывается на 10 % меньше значения, предшествующего импульсу. Для восстановления исходных свойств пленок необходимо нагреть их в вакууме до температуры выше 200 °С. Аналогичные явления, хотя и в меньшей степени, наблюдаются в пленках a-Sio,8Ge0,2 : Н. Степень стимулированной облучением деградации в пленках, содержащих 40 % (ат.) Ge (.v = 0,4), становится существенно ниже. Однако дальнейшее повышение содержания в пленках Ge к существенному повышению стабильности свойств пленок уже не приводит. Так при увеличении концентрации Ge от 40 до 50 % (ат.) никаких улучшений не наблюдается.
