Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
т,к
Рис. 3.5. Температурные зависимости эффективной холловской подвижности носителей ju//,eff в пленках Si, осажденных методом вакуумного испарения, при различных концентрациях легирующей примеси [17]: 1 — 1,1 • 1019 см-3; 2 — 1,8-1019 см-3; 3 — 3,6• 1019 см~3;
около кривых указаны значения энергии активации Ед.
Физические свойства тонких пленок
143
вующие «хвосту» состояний вблизи края этой зоны.
Результаты проведенных авторами измерений проводимости пленок, электронного парамагнитного резонанса и фотопроводимости подтверждают эти выводы.
3.2.2 Селенид кадмия (CdSe)
Тонкие пленки CdSe получают методами вакуумного испарения [32—37], ионного распыления [38—
40], пульверизации с последующим пиролизом [41], анодирования [42], электролитического осаждения [43, 44] и осаждения из раствора [45, 46]. Структурные и электрические свойства пленок зависят от метода получения и параметров процесса осаждения.
3.2.2.1 Структурные свойства
В массивных образцах CdSe кристаллизуется в гексагональной структуре вюртцита и кубической структуре сфалерита (цинковой обманки). Вюртцит представляет собой низкотемпературную фазу, которая превращается в сфалерит при температуре 700 . . . 800 °С [47]. В зависимости от условий осаждения тонкие пленки CdSe при комнатной температуре могут содержать любую из этих фаз или их смесь. Тонкие пленки CdSe, осаждаемые испарением в вакууме на ненагретые стеклянные подложки, состоят в основном из гексагональной фазы [34, 48, 49] и имеют плоскость текстуры (0001). При температуре подложки от 200 до 500 СС образуются пленки CdSe смешанной структуры, в которых 60% вещества составляет гексагональная фаза и 40 % —¦ кубическая фаза [50]. В том случае, когда поток пара падает на подложку под прямым углом, осаждаются пленки с плоскостью текстуры (0001) или (111). Эпитаксиальные пленки CdSe, получаемые вакуумным испарением, кристаллизуются в структуре сфалерита или вюртцита [51—55]. При вакуумном испарении CdSe на подложки из А120з, нагретые до температуры 580 °С, происходит эпитаксиальный рост пленок, при котором плоскость (0001) CdSe нарастает параллельно плоскости (0001) А1203 [53]. При использовании подложек из Ge эпитаксиальное осаждение возможно при температуре 300... 450 °С, которая меняется в этих пределах в зависимости от ориентации подложки. Рассэк
Рис. 3.6. Температурные зависимости концентрации р носителей в эпитаксиальном слое Si (1), осажденном методом ионного распыления [22], и в массивном образце Si (2). Кривая 3 соответствует собственной концентрации носителей.
144
Глава 3
d
а*
в-
Энергия сротоноБ, эЬ а
Рис. 3.7. Зависимости оптического коэффициента поглощения (а) и показателя преломления п (б) аморфных и поликристаллических пленок Si, полученных химическим осаждением из паровой фазы, от энергии фотонов [6]. / — аморфный Si, температура отжига Та = 650 °С; 2 — поликристалли-ческий Si, Та — 1050 сС; 3 — монокристаллический Si.
Физические свойства тонких пленок
145
и др. [35] также отмечали, что при получении пленок CdSe совместным испарением их компонентов из разных источников на нагретые до 100 °С титановые подложки преобладает гексагональная фаза CdSe с плоскостью текстуры (0001).
Леман и Уиднер [38] изучали процесс роста пленок CdSe, осаждаемых методом высокочастотного ионного распыления на подложки из сапфира и кварцевого стекла. При температурах осаждения ниже 400 qC пленки, получаемые на тех и других подложках, обладают одинаковыми свойствами. Пленки имеют по-ликристаллическую структуру с плоскостью текстуры (0001). При температурах выше 400 °С степень аморфизации пленок на подложках из стекла повышается по мере увеличения температуры подложки, в то время как на монокристаллических подложках из сапфира осаждаются эпитаксиальные пленки CdSe, у которых плоскость (0001) параллельна грани (0001) кристалла А120з. Пленки CdSe, получаемые методом пульверизации с последующим пиролизом, состоят из гексагональной фазы [38], пленки же, выращиваемые из раствора, в зависимости от условий осаждения имеют либо кубическую, либо смешанную — кубическую и гексагональную структуру [45, 46]. Структура пленок, получаемых электролитическим осаждением и анодированием, не изучалась.
Установлено, что параметры кристаллической решетки пленок CdS^Sei-x плавно изменяются от значений параметров решетки, характерных для CdSe, до значений, типичных для CdS, что свидетельствует о полной взаимной растворимости трех компонентов в твердой фазе во всем диапазоне составов [46, 56, 62].
3.2.2.2 Электрические свойства
Наличие взаимосвязи между электрическими свойствами, составом и микроструктурой пленок CdSe обусловливает зависимость их электрических свойств от метода получения и параметров процесса осаждения. Вследствие существования вакансий Se пленки CdSe всегда имеют проводимость /г-типа (донорные уровни образуют атомы Cd). Атомы Se создают в запрещенной зоне глубокие акцепторные уровни (на расстоянии —0,6 эВ от вершины валентной зоны), поэтому пленки не могут обладать проводимостью р-типа.
Согласно результатам измерений Глю [40], у пленок CdSe, полученных ионным распылением в тлеющем разряде на постоянном токе, возбуждаемом в газовой смеси H2Se с Аг, удельное темновое сопротивление в направлении, перпендикулярном поверхности подложки (~ 109 Ом-см), выше, чем в плоскости пленки (— 107 Ом-см). Анизотропию электрических свойств пленок объясняют существованием потенциальных барьеров, связанных с дефектами упаковки. При интенсивности падающего
