Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
I n jf О у , легированный Sn 1пС13 8,2 г SnCl4-5H20 0,25 г (молярная доля 2 %) Н20 и,С2Н5ОН по 42 г 7,5 г НС1
CdSn03 CdCl2-5H20 100 г 1,67 М раствора и SnCl4-5H20 10 г 1 М раствора (водный раствор) Н20 (в растворах CdCl2 и SnCl4) 1пС13 3 г 1 М раствора, 10 г концентрированной Н°Д
ZnOjc ZnCl2 100 см3 0,1 М водного раствора Н20 (в растворе ZnCl2) 1,2 см3 Н202
Для легирования пленок оксида олова в качестве примесей применяют металлы: Sb [38], In [66], Cd [67], Bi [68], Mo [69], В [70], P [69, 71], Те [43] и W [72], а также металлоиды: F [65] и смесь F с Sb [73]. Пленки оксида индия легируют Sn [47, 74], Ti [74], Sb [74], F [75], а также Cl и смесью Sn с F [76].
Некоторые исследователи [58, 77, 78] с помощью совместного пиролиза осаждали пленки, состоявшие из гетерогенной смеси оксида и сульфида. При распылении смеси растворов CdCl2, А1С1з и тиомочевины ими были получены пленки CdS, в которых А1203 формировался на границах зерен в виде выделившейся фазы.
Помимо совместного пиролиза можно осуществлять пиролиз последовательно распыляемых растворов разного состава и по-
Методы осаждения тонких пленок
69
лучать при этом многослойные пленки, состоящие из различных материалов, или пленки с плавно изменяющимся по толщине составом. В лаборатории, сотрудниками которой являются авторы книги, последовательный пиролиз применялся при изготовлении солнечных элементов на основе Cu2S—CdS для нанесения пленок CdS, неоднородно легированных алюминием.
В табл. 2.4 приведены составы растворов, обычно используемых для осаждения тонких оксидных пленок методом пульверизации с последующим пиролизом.
2.3.1.6 Свойства пленок, получаемых методом пульверизации с последующим пиролизом
Рассмотрение свойств пленок, осаждаемых посредством пульверизации с последующим пиролизом, и их сравнение со свойствами пленок, выращиваемых другими методами, будут проведены в следующей главе. Здесь же мы можем кратко отметить, что метод пульверизации с последующим пиролизом обеспечивает получение пленок, как правило обладающих сильной адгезией, высокой механической прочностью, не содержащих сквозных отверстий, стабильных при выдержке в обычных условиях и при повышенной температуре (достигающей температуры процесса осаждения). Пленки имеют шероховатую поверхность, причем форма и размеры неровностей определяются yqлoвиями распыления раствора и температурой подложки. В зависимости от подвижности частиц жидкости и химической активности компонентов осаждаемого вещества микроструктура пленок может изменяться от аморфной до микрополикристал-лической. Типичный размер зерен в пленках сульфидов и селенидов колеблется в пределах от 0,2 до 0,5 мкм [39], а в пленках оксидов — от 0,1 до 0,2 мкм [42]. Отжиг, проводимый после осаждения пленок, обычно изменяет их электрические свойства, связанные с наличием кислорода, но не влияет на микроструктуру [41]. В результате рекристаллизации, происходящей в процессе отжига при температуре, превышающей температуру осаждения пленок, или под воздействием химически активной среды, размер зерен увеличивается и в некоторых случаях образуется структура с преимущественной ориентацией зерен [41].
2.3.2 Осаждение пленок из раствора
Развитие метода осаждения пленок из раствора связано с работами Боуда и соавт. [79—81], выполненными в научно-исследовательском центре г. Санта-Барбара, США, Г. А. Китаева и соавт. [82—87] — в Уральском политехническом институте, а также Чопра и соавт. [88—91] — в Индийском технологическом институте, г. Дели. Впервые этот метод был исполь-
70
Глава 2
зован в 1946 г. [92] при получении пленок PbS, предназначенных для инфракрасной техники. И только недавно [88—91] широкое применение этого метода в промышленном масштабе для изготовления как легированных, так и нелегированных пленок многокомпонентных полупроводниковых материалов для известных и новых структур, а также структур, находящихся в стадии разработки, стимулировало исследование физических и химических процессов, происходящих при выращивании пленок. В настоящее время осаждение пленок из раствора можно рассматривать как окончательно сформировавшийся, перспективный метод. Его описанию и посвящен данный раздел.
2.3.2.1 Химические аспекты
Закон постоянства произведения растворимости. Произведение молярных концентраций ионов раствора малорастворимого соединения (каждый сомножитель, представляющий концентрацию ионов определенного вида, возводится в степень, равную количеству этих ионов в данном соединении в соответствии с его химической формулой), называемое ионным произведением, является при данной температуре насыщенного раствора постоянной величиной. Например, при растворении Cd(OH)2 в воде происходит его диссоциация:
Cd (ОН)а Cd2+ + 2 (ОН)“.
Ионное произведение [Cd2+] [ОН-]2 в насыщенном растворе, называемое произведением растворимости,— постоянная величина, равная 2,2* 10-14 (при температуре 25 °С). Это равенство справедливо для равновесного состояния раствора. Если ионное произведение превышает произведение растворимости, та растворенное вещество выпадает в осадок. В противном случае вещество, находящееся в твердой фазе, будет растворяться до тех пор, пока ионное произведение не станет равным произведению растворимости.
