Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
74
Глава 2
терно осаждение тонких (~60 нм), механически прочных сплошных пленок CdS с зеркальной поверхностью, имеющих структуру вюртцита. При сочетаниях параметров, отвечающих областям Ai и Ап, когда Cd(OH)2 в растворе не содержится, образуются рыхлые пленки CdS со структурой сфалерита. При условиях, соответствующих точкам на линии комплексного соединения в области II, формирование пленок возможно лишь при температуре, превышающей 45 °С, когда ионное произведение раствора становится больше произведения растворимости халькогенида кадмия. При этом получаются механически прочные и сплошные пленки с зеркальной поверхностью, имеющие смешанную структуру сфалерита и вюртцита [91].
Осаждение пленок CdSe с использованием Na2SeS03 возможно только при параметрах, ограниченных областью Ви, и комнатной температуре. Структура этих пленок представляет собой смесь сфалерита и вюртцита. При условиях, соответствующих линии комплексного соединения, и температуре не ниже 45 °С пленки CdSe кристаллизуются в структуре сфалерита [90].
2.3.2.2 Характерные особенности процесса осаждения плено^ из раствора
С кинетической точки зрения процесс роста тонкой пленки состоит в последовательном осаждении ионов халькогенида на те участки погруженной в раствор поверхности, которые содержат зародышевые центры. На начальной стадии осаждения скорость роста пленки очень мала, так как существует скрытый, так называемый инкубационный период, в течение которого в гомогенной системе происходит формирование критических зародышей на чистой поверхности. При наличии зародышевых центров скорость осаждения пленки резко возрастает и продолжает увеличиваться до тех пор, пока не станет равной скорости растворения вещества, другими словами, пока ионное произведение раствора не достигнет произведения растворимости. К этому моменту, как показано на рис. 2.10, рост пленки прекращается. Если поверхность подложки предварительно активировать, то инкубационный период зародышеобразования отсутствует, так как подложка уже содержит зародышевые центры (см. рис. 2.10). Установлено также, что при погружении подложки в раствор до введения комплексообразующего агента толщина образующейся пленки меняется по такому же закону, как и при осаждении пленки на активированную поверхность. Это означает, что условия для образования зародышевых цент-
Критическим зародышем называют минимальное по размеру устойчивое скопление частиц, адсорбированных на поверхности.— Прим. перев.
Методы осаждения тонких пленок
75
Время, мин
Рис. 2.11. Зависимости толщины пленки CdSe, осаждаемой на активированную подложку, от продолжительности процесса осаждения при различных концентрациях NH3 [95].
ров обеспечивает сам раствор. Данный вывод иллюстрирует рис. 2.11, на котором показан характер изменения толщины пленок CdSe, а значения концентрации NH3 выбраны в качестве параметра.
Скорость осаждения и конечная толщина пленки зависят от количества зародышевых центров, степени пересыщения раствора (определяемой отношением ионного произведения к произведению растворимости) и степени его однородности, которую повышают перемешиванием раствора. Особенности кинетики осаждения пленки определяются концентрацией и скоростью ионов в растворе, а также параметрами процессов формирования и роста зародышевых центров на поверхности погруженной в раствор подложки. В следующих разделах рассматривается влияние условий осаждения на скорость роста и толщину получаемой пленки.
2.3.2.2а. Состав соли. Кинетические параметры процесса осаждения гГленок зависят от вида солей и соединений, являющихся источниками ионов металла и серы. Полагают, что при получении пленок селенидов (с применением селеносульфата натрия) скорость их осаждения уменьшается, а конечная толщина возрастает при использовании сульфата соответствующего металла. Аналогичные изменения происходят и в процессе осаждения пленок CdS и CdSe при введении в раствор CdCl2.
16
Глаза 2
C(a^h2)2CS . моль/б
Рис. 2.12. Кривые зависимостей скорости роста (/) и конечной толщины (2) пленок CdS, осаждаемых из раствора, от концентрации ионов серы в исходном соединении [91].
В первом случае ионы S042~, образующиеся при растворении сульфата металла, связывают ионы Se2- и уменьшают тем самым их концентрацию, во втором случае ионы С1_, полученные в результате растворения CdCl2, способствуют понижению концентрации ионов Cd2+ за счет формирования комплексного соединения CdCl42-. При одинаковых условиях осаждения пленки сульфидов обычно имеют повышенную скорость роста и большую конечную толщину по сравнению с пленками селенидов соответствующих металлов.
Скорость осаждения и конечная толщина пленок увеличиваются с ростом концентрации ионов двухвалентной серы, если их содержание в растворе невелико. При значительном увеличении концентрации ионов серы в осадок выпадает большее количество вещества и на подложке образуется пленка меньшей толщины. Влияние этого эффекта на процесс осаждения пленок CdS показано на рис. 2.12.
2.3.2.2Ь. Комплексообразующий агент. При увеличении концентрации комплексных ионов концентрация ионов металла (М2+) понижается. В результате скорость реакции и, следовательно, количество выпадающего в осадок вещества уменьшается, что приводит к увеличению конечной толщины пленки. Такая закономерность наблюдается для пленок CdSe, CdS> PbSe и ZnS. Соответствующие зависимости параметров процесса осаждения пленок CdSe приведены на рис. 2.13.
