Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
6.4.4 Электрические свойства
Существует прямая взаимосвязь между электронными свойствами пленок а-Si: Н и фотоэлектрическими характеристиками изготовляемых на их основе приборов. Подробное исследование пленок гидрогенизированного аморфного кремния (как собственного, так и легированного) выполнено в нескольких работах [4, 20, 69, 96, 97]. Установлено, что в пленках-а-Si: Н происходят значительные обратимые структурные изменения под действием тепла и света [98, 99]. Мы ограничимся* рассмотрением электронных свойств таких пленок, которые хорошо отжигаются, не меняют свойств при воздействии света и поэтому обладают воспроизводимыми характеристиками [56, 100].
312
Глава 6
6.4.4.1 Удельная проводимость
Темновое удельное сопротивление отожженных нелегированных пленок а-Si: Н, получаемых в тлеющем разряде, может изменяться от 1011 Ом-см при температуре подложки Ти~
— 100 °С до значений менее 106 Ом*см (Гп~550 °С) [1, 101]. Пленки, выращиваемые на сильно нагретых подложках, имеют достаточно высокую проводимость д-типа. Удельное, сопротивление и фотопроводимость зависят также и от других параметров процесса осаждения, поскольку условия выращивания пленок влияют на плотность состояний в запрещенной зоне.
Температурная зависимость темновой удельной проводимости нелегированных пленок а-Si: Н может быть представлена в виде а = а0ехр(—EA/kT). Найденные с ее помощью значения энергии активации Еа составляют 0,2... 0,8 эВ [1, 101]. Анализ удельного сопротивления и фотопроводимости нелегированных пленок а-Si: Н может быть выполнен исходя из температурной зависимости проводимости, обусловленной свободными носителями заряда. Согласно данным некоторых авторов [37], во всем интервале температур 180...330 К темповая удельная проводимость характеризуется единственным значением энергии активации, равным 0,68 эВ. Однако другие авторы [101] наблюдали изменение механизма проводимости при температуре около 250 К и высказали предположение, что ниже этой температуры реализуется прыжковый механизм переноса носителей заряда по состояниям, локализованным в запрещенной зоне. Получение противоречивых результатов можно объяснить различными свойствами пленок, осаждавшихся в неодинаковых условиях.
Для удельной проводимости как легированных, так и нелегированных пленок а-Si: Н справедливо правило Мейера — Нелделя [102], согласно которому предэкспоненциальный множитель с>о в приведенном выше уравнении для а равен Gooexp(EA/kT0), где а0о и kTo — постоянные величины [37].
При средней напряженности электрического поля более 104 В/см проводимость в пленках а-Si: Н носит неомический характер. Результаты исследования зависимостей проводимости в сильном поле от температуры и толщины пленки показывают, что протекание тока, по-видимому, обусловлено эффектом Пула — Френкеля [37, 103]. Следует подчеркнуть, что процесс ионизации ловушечных уровней под действием поля мож,ет способствовать повышению эффективности собирания носителей, генерируемых светом в области пространственного заряда солнечных элементов на основе а-Si: Н.
Благодаря легированию пленки а-Si: Н приобретают проводимость либо п-, либо p-типа, а их удельное сопротивление снижается до 102 Ом-см. Кривые зависимости удельной прово-
Солнечные элементы на основе аморфного кремния
313
а 5
Рис. 6.4. а) Зависимость темновой удельной проводимости ор (при комнатной температуре) легированных пленок а-Si : Н, осаждаемых в тлеющем разряде, от отношения концентраций газов В2Нб и SiH4, а также РНо и SiH4 [43]; в нелегированном а-Si : Н проводимость зависит от параметров энергетических уровней в запрещенной зоне, связанных с дефектами структуры; б) Температурные зависимости удельной фотопроводимости ор нелегированных пленок а-Si : Н при различных плотностях потока фотонов: 1 —
2¦ 1015 см-2-г1; 2—2-101* см^-с"1; <5—2- 1013 см-^с-1; 4—2-1012 см^-с-1 [37]; длина волны света — 0,61 мкм; около кривых указаны значения энер гии активации Еа> соответствующие различным механизмам рекомбинации; кривая 5 — температурная зависимость темновой удельной проводимости отожженных образцов.
димости (при комнатной температуре) пленок а-Si: Н п- к р-типа, осаждаемых в тлеющем разряде, от состава газа показаны на рис. 6.4, а.
Условия осаждения нелегированных пленок а-Si : Н оказывают существенное влияние не только на темновое удельное сопротивление, но и на фотопроводимость. Согласно результатам анализа фотопроводимости, существуют различные механизмы рекомбинации носителей.заряда, что является следствием многообразия распределений глубоких уровней в а-Si: Н. Зависимость удельной фотопроводимости оР от интенсивности излучения Н имеет вид ор со Нуу где у— постоянная величина.. В диапазоне интенсивностей излучения, отличающихся на четыре порядка величины, значения у составляют 0,7... 0,75, что исключает возможность реализации монополярного (у=1) и биполярного (y = 0,5) механизмов рекомбинации и свидетельствует о наличии распределения рекомбинационных центров,, близкого к экспоненциальному.
На рис. 6.4, б представлены кривые температурной зависимости удельной фотопроводимости нелегированных пленок. а-Si: Н при различных плотностях светового потока, показывающие, что даже при низких температурах (— 120 К) прово-
