Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
2.3.1.4с. Состав пленок. Состав пленки зависит от особенностей кинетики процесса распыления раствора и термодинамических характеристик процесса пиролиза. При определенных условиях осаждения можно получать пленки сульфидов и селенидов стехиометрического состава и оксидные пленки, имеющие состав, близкий к стехиометрическому. Состав пленок сульфидов слабо зависит от отношения концентраций, содержащихся в распыляемом растворе ионов серы и металла при изменении его в диапазоне от 1:1 до 1 :5, однако величина этого отношения оказывает значительное влияние на микроструктуру пленок [26, 34, 58].
Если из-за недостаточно высокой температуры процесс пиролиза не завершается, то некоторые побочные продукты реакций и промежуточные соединения могут внедряться в пленку в качестве примесей. При использовании солей хлора в образующихся пленках часто обнаруживают [51] атомы остаточного
Спорость распыления pdcmfeopct, cmJ/muh
Рис. 2.5. Зависимости скорости роста пленки CdS, осаждаемой методом пульверизации с последующим пиролизом, от скорости распыления раствора и температуры подложки (Тп) [39].
66
Глава 2
хлора. Как показано на рис. 2.6, концентрация хлора в пленках CdS уменьшается при повышении температуры подложки в процессе пиролиза. Существование этой закономерности приводит к тому, что вследствие охлаждения поверхности растущей пленки концентрация хлора на поверхности возрастает. Содержание хлора в пленках определяется также отношением концентраций солей хлора и серы в распыляемом растворе [34, 45].
Состав оксидных пленок зависит от несколько более сложных процессов [47, 59, 60]. Наличие
в пленках SnOx кислородных вакансий (Vo2+) связано с превращением Sn4+ в Sn2+ в соответствии с реакциями
0^t-i-02 + 2e-+V§+,
Sn4+ + 2е~ Sn2+.
Степень отклонения состава пленки от стехиометрического определяется количеством кислородных вакансий, которое равно числу ионов Sn4+, восстановленных до Sn2+. Процесс восстановления регулируют путем изменения содержания воды и спирта в распыляемом растворе. Источником кислорода служит вода, в то время как спирт является восстановителем. Концентрация кислорода в пленке зависит также от скорости охлаждения осажденной пленки, в процессе которого происходит адсорбция кислорода.
2.3.1.5 Получение соединений, содержащих
легирующие примеси, и сплавов \
Для получения легированных пленок сульфидов и селенидов кадмия, цинка и свинца, а также их сплавов рядом исследователей [20, 28, 30, 36, 37, 39, 40] успешно применялся совместный пиролиз нескольких веществ. Для осуществления этого процесса подбирают определенные соли, а затем их общий рас-
Рис. 2.6. Зависимость концентрации хлора Сci в пленках CdS, осаждаемых методом пульверизации с последующим пиролизом, от температуры подложки Тп [34].
Методы осаждения тонких пленок
67
CSn/CIn 6 ппен|'е
Рис. 2.7. Зависимости отношения концентраций атомов олова и индия CsnjCin в пленках ITO от состава распыляемого раствора при использовании различных подложек [47].
твор распыляют с помощью одного пульверизатора или же для распыления раствора каждой соли используют отдельный пульверизатор. Для легирования пленок CdS индием и галлием Дишотлз и др. [61, 62] применяли различные газы-носители. Памплин и Фигелсон [63, 64] получили разнообразные трех-, четырех- и пятикомпонентные соединения олова (очень твердые материалы) и халькопириты.
Важно отметить, что между составом пленки и составом распыляемого раствора прямой связи не существует. Для любого соединения эту зависимость необходимо определить эмпирическим путем. При получении пленок CdxZni-xS для каждого конкретного состава подбиралась соответствующая температура подложки [39], благодаря чему при всех возможных относительных концентрациях кадмия и цинка пленки имели такой же состав, как и распыляемый раствор. При отклонении температуры подложки от оптимальной образуются пленки, обогащенные цинком или кадмием. При осаждении пленок других соединений, например оксида олова SnOx, легированного фтором, когда один из компонентов имеет низкое давление паров или образует летучее газообразное вещество, пленка может очень сильно отличаться по составу от распыляемого раствора. Обычно при отношении концентраций атомов фтора и олова в исходном растворе, равном 0,38, концентрация фтора в пленках SnOx не превышает йескольких процентов [65]. В то же время в пленках SnOx, легированных Sb, и 1П2О3, легированных Sn, отношения концентраций атомов Sb и Sn, Sn и In совпадают с их значениями в растворе. Состав пленок зависит от природы материала подложки, как это показано на рис. 2.7 на примере пленок ITO, осажденных на поверхность кремния и стекла марки пирекс [47].
6 в
Глава 2
Таблица 2.4. Типичные составы распыляемых растворов [43]
Соли
Оксид Для полупроводникового вещества Для легирующей примеси Растворитель Ингредиенты
SnO*, легированный Sb SnCl4 • 5Н20 SbClo 0,135 г (молярная доля 1,4%) Растворяется в концентрированной НС1 Изопропиловый спирт 150 см3
SnO*, легированный F SnCl4* 5Н20 5 см3 2,85 М раствора NH4F 1,0 г (молярная доля 65,4%) Изопропиловый спирт 5 см3
