Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Следует отметить, что продукты ряда промежуточных химических реакций являются довольно сложными соединениями. Для большинства полупроводниковых материалов реакции пиролиза изучены слабо и требуют более детального исследования, поскольку они влияют на качество и степень чистоты осаждаемых пленок.
При получении пленок селенидов вместо тиомочевины применяют селеномочевину или другое подходящее соединение селена, например N, iV-диметилселеномочевину. Соответствующая реакция записывается в виде
CdCl2 + (NH2)2CSe + 2H20->CdSe + 2NH4C1 + C02.
С помощью пиролитических реакций подобного типа осаждают также пленки сульфидов и селенидов ряда других металлов, таких, как Zn, Си, In, Ag, Ga, Sb, Pb и Sn. Пленки тел-луридов получить этим методом не удается, поскольку соли теллурорганических соединений крайне неустойчивы и их трудно синтезировать. Однако устойчивость этих соединений можно повысить путем введения определенных легирующих примесей, присутствие которых в пленках будет необходимо для создания солнечных элементов.
5.3.1.3Ь. Оксиды. При получении пленок оксидов металлов на нагретую подложку, находящуюся на воздухе, распыляют водные растворы солей соответствующих металлов. Широко применяют хлориды: SnCl4 — для осаждения Sn02 [38], InCl3—¦ для In203 [47], А1С13 —для А1203 [48], FeCl3 —для Fe203 [49], СоС13 — для Со203 [50], ZnCl2 — для ZnO [51]. Помимо этого можно выращивать пленки нитратов, карбонатов, ацетатов и бромидов [43].
Обычно используемые водные растворы хлоридов с концентрацией от 0,07 М до 0,1 М обеспечивают получение пленок SnOx с высокими оптическими характеристиками, однако применяются также растворы, концентрация которых достигает 2,85 М [52]. Оптимальная концентрация раствора зависит от того, какими оптическими и электрическими свойствами должна обладать пленка, от скорости осаждения и характера химиче-
64
Глава 2
ской реакции. Типичная реакция, в результате которой образуется пленка Sn02, протекает следующим образом:
SnCl4 + 2H20-^Sn02 + 4НС1.
Выбор аниона соли металла зависит от теплового эффекта реакции. При получении пленок ZnO молярная теплота реакции
(ZnА)водный раствор “Ь Н20—>-ZnO -f- 2Н А,
где символом А обозначен анион, составляет при комнатной температуре 125,5 кДж/моль для хлористого цинка, —0,42 кДж/моль для уксуснокислого цинка и —41,8 кДж/моль для азотнокислого цинка [43].
Кроме того, для получения оксидных пленок применяют металлоорганические соединения. Эти соединения имеют более высокую стоимость, однако они позволяют проводить осаждение при низкой температуре, что ослабляет взаимодействие пара и веществ, входящих в состав подложки и пленки. К металлоорганическим соединениям, в частности, относятся дибу-тилоловодиацетат (С4Н9) 2S11 (СН3СОО) 2, используемый для осаждения S11O2 [53], и ацетилацетонат индия 1п(С5Н202), позволяющий получать 1П2О3 [54, 55]. Кейн и др. [56] для осаждения 1п203 применяли хелатное соединение индия, получаемое с использованием дипивалоилметана.
2.3.1.4 Характерные особенности процесса пульверизации с последующим пиролизом
2.3.1.4а. Скорость роста пленки. Химические свойства, поверхностный рельеф и температура подложки, химические свойства и концентрация распыляемого раствора и входящих в него компонентов, а также условия процесса пульверизации — все эти параметры оказывают значительное влияние на скорость роста пленки. При осаждении пленок SnO* (ТО) и 1пхОу, легированных Sn (ITO), их толщина возрастает с увеличением продолжительности пульверизации, т. е. с увеличением количества распыленного раствора по закону, близкому к линейному. Скорость роста оксидных пленок может достигать 100 нм/мин, а пленок сульфидов — 50 нм/мин. На рис. 2.5 показана зависимость скорости осаждения пленок CdS от температуры подложки при различных условиях процесса распыления.
2.3.1.4Ъ. Влияние подложки. Процесс пиролиза распыленного раствора, вообще говоря, меняет поверхностные свойства подложки. Если участие материала подложки в пиролитических реакциях нежелательно, применяют подложки из инертных материалов, таких, как стекло, кварц, керамика, или подложки с соответствующим покрытием из оксидов, нитридов или кар-
Методы осаждения тонких пленок
65
бидов. Если на поверхности кремниевой подложки имеются оксидные слои определенного состава, то их можно частично удалить за счет травления, происходящего в процессе осаждения пленки [57]. Металлические подложки признаны непригодными для получения пленок с использованием данного метода осаждения [39].
Содержащиеся в химически инертных подложках подвижные ионы щелочных и редкоземельных металлов, в том числе Li+, Na+, Са2+, Sr2+ и Mg2+, могут внедряться в пленку [47], причем их концентрация будет увеличиваться с повышением температуры подложки.
При пониженной температуре подложки обычно осаждаются тусклые пленки с поверхностью, диффузно рассеивающей излучение. При высоких температурах формируются более тонкие, но сплошные и механически прочные пленки с зеркально отражающей поверхностью. При повышенной температуре может происходить повторное испарение анионов, в результате чего образуются пленки с избыточным содержанием металла.
