Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
подвод основного и дополнительного потоков тепловой энергии. Для получения однородного покрытия большой площади распылительную головку и подложку перемещают относительно друг друга с использованием механических или электромеханических приводных устройств.
Форма распыленной струи, распределение капель по размеру и скорость распыления в значительной степени зависят от конфигурации пульверизатора, в который поступают газ и жидкость. Разработаны разнообразные пульверизаторы для распыления растворов на неподвижную или перемещающуюся подложку. На рис. 2.4 схематически изображены некоторые типы пульверизаторов, а также поперечное сечение промышленно выпускаемого пульверизатора (Spraying Systems Co., США).
Методы осаждения тонких пленок 61
| Жидкость | ЖиЭкость
Qt
Распыленный. растВор
W
\
\
Газ
/
Распыленный
растВор
Распыленный.
раст&ор
Рйс. 2.4. Схемы обычно применяемых пульверизаторов (а, б, в) и поперечное сечение пульверизатора, выпускаемого Spraying System Co., США (г).
2.3.1.2 Кинетика роста пленок
Изучение аэродинамики распыленного вещества и процессов столкновения капель позволило Лэмпкину [44] установить взаимосвязь между динамическими характеристиками процесса распыления, кинетикой роста пленки и строением ее поверхности. В том случае, когда распыленные капли однородны по размеру и обладают примерно одинаковым импульсом, при осаждении CdS образуются пленки с гладкой поверхностью и высокими оптическими характеристиками. При наличии электрического поля поток распыленного раствора становится более направленным; кроме того, полагают, что повышение под действием поля скорости капель и интенсивности процесса соединения частиц на поверхности подложки оказывает существенное влияние на характер микроструктуры пленок.
Согласно данным Банерджи и др. [37, 39], при столкновении с поверхностью подложки капли жидкости принимают форму диска. Геометрические параметры диска зависят от величины импульса и объема капли, температуры подложки и соотношения между кинетической энергией частиц жидкости на поверх-
62
Глава 2
ности и энергией, затрачиваемой на тепловые процессы. Процесс осаждения включает следующие стадии: 1) расплющивание капли на подложке; 2) пиролитическую химическую реакцию между реагентами, образовавшимися в результате разложения; 3) испарение растворителя; 4) повторение этого процесса при поступлении на подложку новых капель. Образующаяся пленка обычно состоит из примыкающих друг к другу дисков. Кинетика роста и особенности микроструктуры пленок, получаемых при пульверизации с последующим пиролизом, зависят от подвижности частиц жидкости на поверхности подложки, а также от кинетики процессов объединения и срастания кластеров, состоящих из групп кристаллитов, имеющих форму диска. Этот метод выращивания пленок имеет следующие важные особенности. 1) Поскольку расплыляемая под давлением жидкость непрерывным потоком омывает беспорядочно растущие диски, образование в осаждаемой пленке микро- и макроскопических углублений и полостей исключено. Благодаря этому формируются сплошные пленки, которые даже при очень малой толщине (100 нм) не содержат микроскопических отверстий, если только температура подложки поддерживается на высоком уровне, достаточном для завершения пиролитической реакции. 2) Получаемые пленки могут иметь различную микроструктуру в зависимости от факторов процесса, среди которых наиболее существенными являются: конструкция распылительной головки, характер и скорость течения газа-носителя и жидкости, скорость, размеры и форма капель, природа материала подложки и ее температура, кинетические и термодинамические особенности реакции пиролиза, а также характер распределения температуры по поверхности подложки в процессе осаждения.
2.3.1.3 Химические аспекты
К химическим реактивам, используемым для пиролиза распыленного раствора, предъявляют следующие требования.
1) В результате термического разложения содержащихся в растворе реактивов должны образоваться частицы или комплексы, которые, участвуя в стимулированной нагревом химической реакции, образуют необходимый материал тонкой пленки.
2) Остальные компоненты реактивов, в том числе растворитель, должны испаряться при температуре осаждения. Для получения определенного тонкопленочного материала можно применять различные сочетания реактивов, удовлетворяющих данным требованиям. Однако при этом для получения сравнимых по качеству (по структурным характеристикам) пленок должны выбираться различные параметры процесса осаждения.
2.3.1.За. Сульфиды и селениды. Для осаждения пленок CdS чаще всего используют разбавленный (от 0,001 М до 0,1 М)
Методы осаждения тонких пленок
63
водный раствор соли кадмия и соли сераорганического соединения [4, 39, 45, 46]. Обычно применяемые CdCl2 и тиомочевина позволяют получать пленки CdS в соответствии с реакцией
CdCl2 + (NH2)2CS + 2Н20—^CdS + 2NH4C1 + С02.
Химические реакции аналогичного типа протекают и при использовании других солей кадмия, таких, как Cd(N03)2, CdS04, Cd(CH3COO)2, Cd(CH02)2 и Cd(C3H502). Тиомочевину можно заменить N, N-диметилтиомочевиной N2(CH3)2H2CS, аллилтиомочевиной H2NCSNHCH2CH: СН2, тиоуксусной кислотой CH3COSH или роданистым аммонием NH4CNS.
