Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Методом электроосаждения на подложках из Ag, Та, Мо, Ni и графита выращивают поликристаллические кремниевые пленки толщиной до 250 мкм с размером зерен в пределах 100 мкм.
3. Метод осаждения с отделением пленки от подложки в результате неравномерного теплового расширения. Этот метод связан с осаждением кремниевых пленок в плазме высокого давления на многократно используемые молибденовые подложки и последующей лазерной рекристаллизацией вдоль подложки, в результате которой пленки приобретают поликристаллическую структуру. Поверхность молибденовой подложки необходимо периодически (после каждых семи циклов осаждения и отделения пленки) выравнивать для того, чтобы исключить возможность повреждения пленки при ее отделении. Процесс отделения пленки связан с образованием на поверхности раздела кремния и используемой подложки полостей Киркендала в результате преимущественной диффузии Si через промежуточный слой MoSi2. Напряжение сдвига, возникающее при охлаждении структуры, приводит к отделению пленки на участках поверхности раздела, содержащих полости, где адгезия пленки ослаблена.
Проведено исследование процесса осаждения пленок Si в плазме с помощью хроматографического анализа газов после прохождения реактора при разделении их на компоненты. Эффективность осаждения пленки и производительность процесса максимальны в том случае, когда исходным газом служит SiH2Cl2 и минимальны при использовании SiCU- Однако применимость SiH2Cl2 в качестве исходного газа ограничена вследствие образования зародышей в паровой фазе и осаждения рыхлой пленки. Если в качестве исходного газа применяется SiCl4, то процесс осаждения оказывается более экономичным благодаря тому, что образующееся в ходе химической реакции газообразное соединение SiHCb может быть использовано повторно.
Для укрупнения зерен микрокристаллических кремниевых пленок, осаждаемых в плазме высокого давления и отделяемых от подложки, проводится процесс лазерной рекристаллизации вдоль подложки, скорость которого составляет 2,5 см/мин.
2.5.2 Сульфид кадмия (CdS)
Осаждение методом химической пульверизации. При обычном способе получения пленок CdS путем пульверизации раствора CdCl2 и тиомочевины с последующим пиролизом (см.
Методы осаждения тонких пленок
133
раздел 2.3.1) химическая реакция распыленного на подложку раствора протекает с довольно большой скоростью. Вследствие недостаточно высокой поверхностной подвижности ионов при относительно низкой температуре подложки осаждаемая пленка содержит структурные дефекты. Кроме того, с поверхности подложки необходимо удалять сложные остаточные побочные продукты реакции. Чтобы исключить недостатки, свойственные этому процессу, разработан новый метод осаждения, который состоит в том, что на поверхности нагретой подложки после пульверизации раствора соответствующей соли кадмия в первую очередь формируется пленка CdO, которая затем полностью превращается в CdS в результате обмена анионами, происходящего при повышенной температуре в парах сульфида. В этом случае первоначальная реакция образования оксида протекает до ее полного завершения в соответствии с термодинамическими параметрами этого процесса. Кроме того, при получении CdS побочным продуктом реакции сульфирования является вода, а уплотнение кристаллической решетки сульфида в процессе реакции замещения происходит с небольшой скоростью в условиях, близких к равновесным. В целом осаждение пленки CdS представляет собой сочетание двух процессов: пульверизации раствора и химического осаждения из паровой фазы, сопровождающегося реакцией замещения.
Пленки CdO получают на стеклянных подложках посредством пульверизации водных или безводных растворов различных органических и неорганических солей кадмия. Скорость роста пленки зависит от вида подложки, состава растворителя, скорости потока раствора и температуры подложки. Тип соли кадмия и растворителя обусловливают степень кристалличности и преимущественной ориентации зерен пленки. При использовании некоторых видов солей кадмия пленка CdO не образуется. Скорость осаждения пленки может достигать 0,2 мкм/мин.
Пленка CdS формируется в процессе отжига при соответствующих температурах пленки CdO в потоке газовой смеси H2S с Н2. Процесс ионного обмена характеризуется энергией активации, равной 0,93 эВ, а скорость роста пленки достигает 1 ... 2 мкм/ч. Вследствие различной плотности материалов пленка CdS по завершении химической реакции имеет примерно вдвое большую толщину по сравнению с исходной пленкой CdO. Типичный размер зерен в пленках CdS составляет от 0,5 до
1 мкм. Увеличению размера зерен до 3 мкм способствует повышение скорости потока H2S на завершающем этапе отжига.
Глава 3
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОНКИХ ПЛЕНОК, ПРИМЕНЯЕМЫХ В СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ
3.1 Введение
Исчерпывающий обзор литературы по тонким полупроводниковым пленкам выходит за рамки этой книги. В данной главе мы ограничимся рассмотрением тех полупроводниковых материалов, которые применяются или могут быть использованы для изготовления тонкопленочных солнечных элементов. Кроме того, будут обсуждаться только те свойства пленок, которые влияют на фотоэлектрические характеристики элементов. Поскольку тонкие полупроводниковые пленки по своим параметрам существенно отличаются друг от друга в зависимости от вида материала и метода его осаждения, мы рассмотрим характерные особенности конкретных материалов и проведем сравнение пленок, получаемых различными методами. В разделах 3.4 и 3.5 будет дано краткое описание свойств пленок металлов и диэлектриков, которые являются неотъемлемой частью тонкопленочных солнечных элементов, в частности элементов с барьером; Шоттки и со структурой проводник — диэлектрик — полупроводник.
