Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Темновое удельное сопротивление пленок сплава CdSxSe\-x, осаждаемых из раствора [46], не зависит от их химического состава. Влияние отжига на свойства пленок сплава и характер-
148
Глава 3
Рис. 3.8. Температурные зависимости концентрации п (1) и подвижности и { носителей в отожженных пленках CdSe, осажденных из раствора [461.
Рис. 3.9. Спектральные зависимости фоточувствительности нелегированных и легированных пленок CdSe, осажденных из раствора [46] Кривые 1,2 — левая шкала, кривые 3,4 — правая шкала.
ные особенности фотопроводимости аналогичны рассмотренным выше для пленок CdSe. Свечников и Каганович [60] с использованием трехэлектродного варианта метода ионного распыления (ионного распыления в тлеющем разряде, поддерживаемом термоэлектронной эмиссией), а также посредством осаждения из
Физические свойства тонких пленок
149
t-
с
/
3,0
п
2,6
2
0
2,0
0,5
0,7
Я, мкм 5
0,9
1,8
hv, эВ>
а
Рис. 3.10. Зависимость квадрата коэффициента поглощения а2 от энергии фотонов hv (а) и зависимости показателя преломления п (1) и а (2) от длины волны света Я (б) для пленок CdSe, осажденных из раствора [46]. Величина а измеряется в см-1.
раствора получали пленки CdSxSei-* с широким диапазоном изменения фотоэлектрических свойств. Фигельсон и др. [56] отмечали, что удельное сопротивление пленок CdSxSei_^ осаждаемых методом пульверизации с последующим пиролизом, слабо зависит от их состава, тогда как температура подложки, скорость распыления раствора и скорость осаждения пленок оказывают значительное влияние на их электрические свойства. В пленках CdS^Sei-* различного состава концентрация электронов изменяется в пределах 1017. .. 1018 см~3.
В пленках CdSe, осаждаемых из раствора, происходят прямые оптические переходы, и ширина запрещенной зоны составляет 1,74 эВ. Зависимость квадрата коэффициента поглощения от энергии фотонов, а также зависимости показателя преломления и коэффициента поглощения от длины волны света показаны на рис. 3.10. Рентч и Бергер [61] отмечают, что спектральное положение края основной полосы поглощения пленок CdSe,, полученных вакуумным испарением и не подвергавшихся дополнительной обработке, определяется концентрацией примесей в пленках. В результате высокотемпературного отжига пленок, нанесенных на сильно нагретые подложки, вблизи края поглощения появляются полосы, характерные для экситонного поглощения.
3.2.2.3 Оптические свойства
150
Глава 3
Как показал Кейнтла [46], ширина запрещенной зоны пленок CdSxSei__x, полученных осаждением из раствора, плавно изменяется в зависимости от их состава в диапазоне от 1,74 эВ (пленки CdSe) до 2,44 эВ (пленки CdS). Другими исследователями [56] отмечалось аналогичное плавное изменение ширины запрещенной зоны пленок, нанесенных методом пульверизации с последующим пиролизом. Поглощение света в пленках любого состава сопровождается прямыми переходами. / '
3.2.3 Теллурид кадмия (CdTe)
Пленки CdTe получают вакуумным испарением [63, 64], ионным распылением [63, 65, 66], эпитаксиальным осаждением методом «горячих стенок» [67], пульверизацией с последующим пиролизом [63, 65], с помощью нескольких вариантов газотранспортного метода [63, 65, 66, 68, 69], газотранспортным методом в квазизамкнутом объеме [63, 65, 70—72], посредством трафаретной печати [73„ 74] и методом химического осаждения из раствора [75].
3.2.3.1 Структурные свойства
Пленки CdTe, осаждаемые вакуумным испарением при комнатной температуре [64], согласно результатам рентгеноструктурного анализа, кристаллизуются в кубической решетке и содержат небольшое количество свободного теллура. Для пленок, создаваемых при более высокой температуре (150 или 250 °С), характерны гексагональная структура и отсутствие теллура в свободном состоянии. Пленки, полученные при комнатной температуре, после отжига при 300 °С имеют такие же рентгенограммы, как и пленки, нанесенные при температуре 300 °С. Барбе и др. [66] отмечали, что пленки CdTe, конденсирующиеся при ионном распылении поликристаллической мишени, обладают поликристаллической структурой и содержат зерна столбчатой формы, предпочтительное направление роста которых перпендикулярно плоскости подложки. Зерна состоят из многочисленных двойников с характерными размерами —5 нм, которые образуют чередующиеся слои с гексагональной плотноупакован-ной и кубической гранецентрироваиной решетками, расположенные вдоль вытянутых зерен. В случае совместного ионного распыления мишеней из CdTe и Cd при низкой температуре подложки (20 °С) осаждаются пленки с гексагональной структурой, а при повышенной температуре — со смешанной (кубической и гексагональной) структурой. При еще более высокой температуре подложки (350 °С) пленки кристаллизуются только в кубической структуре. Однако, если повысить напряжение на мишени из Cd, то в пленках увеличивается содержание гексагональной фазы и их структура становится менее упорядоченной,
Физические свойства тонких пленок
15!
а при температуре подложки 350 °С образуется другая, высокотемпературная гексагональная фаза. Пленки, осаждаемые газотранспортным методом [68], всегда имеют поликристаллическук> структуру, и средний размер их зерен возрастает при увеличении температуры подложки. При температуре 500 °С могут быть получены зерна размером 20 . . . 30 мкм, а при 600 °С — 50 мкм и более. Согласно результатам Мимила-Аройо и др. [72], при осаждении CdTe на монокристаллические подложки из CdTe газотранспортным методом в квазизамкнутом объеме всегда наблюдается ориентированный рост поликристаллических пленок. Размер зерен существенно зависит от состояния поверхности подложки (изменяемого химическим или термическим травлением, осуществляемым перед осаждением пленки), температуры подложки и скорости роста пленки. Влияние ориентации подложки на особенности эпитаксиального роста пленок CdTe,„ осаждаемых в квазизамкнутом объеме, изучалось Фаренбрухом и др. [63, 71]. Если ось с кристаллической решетки сульфида кадмия, из которого состоит подложка, перпендикулярна плоскости роста пленки, то образуется ярко выраженная эпитаксиальная структура, при этом направление < 111 > кубической решетки CdTe параллельно оси с решетки CdS. Зерна CdTe имеют форму усеченной пирамиды со стороной основания 50 мкм и высотой около 5 мкм. При повышении температуры размер зерен обычно увеличивается. Предварительное термическое травление подложки при температуре 750 °С способствует строго ориентированному эпитаксиальному росту пленки и образованию зерен размером, достигающим 50 мкм и более. Если перед осаждением пленки температура подложки поддерживается на постоянном уровне, соответствующем температуре роста эпитаксиальной пленки, то формируются более мелкие зерна (размером
