Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
156
Глава 3
3.2.5.1 Структурные свойства
В массивных образцах ZTI3P2 элементарная ячейка кристаллической решетки соответствует тетрагональной сингонии и имеет параметры а = 6 = 0,8097 нм и с=]/2а= 1,145 нм. На свойства пленок, получаемых вакуумным испарением, значительное влияние оказывает температура подложки и менее существенное— температура испарителя [83]. При увеличении температуры подложки до 200 °С и выше образуются пленки с более упорядоченной ориентацией зерен. Степень их ориентации, определяемая отношением площадей, заключенных на рентгенограммах под дифракционными пиками, соответствующими направлениям <004> и <400>, повышается при увеличении толщины пленки. Для пленок толщиной более 10 мкм характерна очень высокая степень ориентации зерен относительно базисной плоскости. Размер зерен в пленках составляет
1...2 мкм, а глубина поверхностного рельефа увеличивается при возрастании толщины пленки. Структурные особенности пленок ZnsP2, осаждаемых газотранспортным методом в ква-зизамкнутом объеме [84] в атмосфере Аг и Н2, зависят в основном от степени загрязнения аргона кислородом. Установлено, что в атмосфере водорода скорость роста пленки выше, чем в аргоне.
3.2.5.2 Электрические свойства
Пленки Zn3P2, получаемые методом вакуумного испарения, при оптимальных условиях осаждения обладают удельным сопротивлением порядка 105 Ом • см. При повышении степени ориентации зерен удельное сопротивление уменьшается [83]. Пленки имеют проводимость p-типа, причем подвижность дырок составляет 10. ..40 см2/(В-с). В результате отжига при температуре не ниже 250 °С и соответствующих парциальных давлениях паров Zn и Р удельное сопротивление пленок может понижаться с 105 до 10 Ом-см [82]. Энергия активации проводимости пленок 2пзР2, выращиваемых методом газотранспортного осаждения в квазизамкнутом объеме [84], составляет 0,11 эВ при повышенных температурах и 0,04 эВ при пониженных температурах. Пленки, получаемые при 600 °С методом химического осаждения из паровой фазы [68], при комнатной температуре имеют удельное сопротивление 200.. .400 Ом-см, подвижность дырок 10. ..12 см2/(В-с) и эффективную диффузионную длину дырок внутри зерен около 0,5 мкм. Для сравнения: диффузионная длина дырок в монокристаллическом фосфиде цинка, рассчитанная по измеренной спектральной зависимости фоточувствительности, заключена в интервале
5.. .10 мкм [85].
Физические свойства тонких пленок
157
3.2.5.3 Оптические свойства
Вблизи края поглощения массивных кристаллов Z113P2 зависимость коэффициента поглощения (при его значениях менее 1500 см-1) от энергии излучения имеет экспоненциальную форму.
В тонких пленках при аналогичных значениях коэффициента поглощения указанная зависимость также является экспоненциальной, однако коэффициент поглощения изменяется более плавно. рис 3.13. Спектральные зависи-
Фейген [83] высказал предполо- мости оптических постоянных п
жение, что при более высоких и k пленок Zn3P2 [83 ].
значениях коэффициента поглощения оптические переходы, вероятно, являются прямыми и ширина запрещенной зоны примерно равна 1,6 эВ. Согласно расчетам, показатель преломления пленок в ближней инфракрасной области составляет 3,3±0,1 (см. рис. 3.13).
3.2.6 Арсенид галлия (GaAs)
Тонкие пленки GaAs, предназначенные для изготовления солнечных элементов, получают в основном методами химического осаждения из паров металлорганических соединений [86—89] и химического осаждения из паровой фазы (90—94], хотя осуществляют также ионное распыление [95], молекулярнолучевую [96, 97] и газовую [98] эпитаксии. Пленки сплавов на основе GaAs, таких, как GaAlAs, GaAsP и GalnAs, выращивают различными методами, в том числе химическим осаждением из паровой фазы [94], химическим осаждением из паров металлорганических соединений [99—101], а также методами молекулярно-лучевой [96, 97, 102, 103], газовой [103, 104] и жидкофазной [103, 105] эпитаксий.
3.2.6.1 Структурные свойства
Чу и др. [93] сообщали, что при определенных условиях осаждения GaAs химическим методом из паровой фазы на вольфрамовые подложки, покрытые слоем графита, могут быть получены сплошные пленки толщиной менее 2 мкм. Параметры процесса осаждения, в частности температура подложки, состав и скорость потоков химически активных газов, а также концентрация хлористого водорода у поверхности подложки, оказывают существенное влияние на микроструктуру пленок. Присутствие хлористого водорода способствует уменьшению
158
Глава 3
скорости зародышеобразования, росту более крупных кристаллов и насыщению химических связей на границах зерен. Средний размер зерен возрастает по мере увеличения толщины пленки GaAs и составляет около 10 мкм при ее толщине 20.. .25 мкм и около 5 мкм при толщине 8. ..10 мкм. В пленках, осаждаемых химическим методом из паровой фазы на сильно нагретые подложки, преимущественной ориентации зерен не наблюдается. При низком молярном соотношении арсина и хлористого водорода (равном 0,5. ..1) повышение температуры подложки способствует формированию более крупных зерен. Их средний размер достигает максимального значения при 750.. .775 °С и уменьшается при дальнейшем возрастании температуры. При высоком молярном соотношении арсина и хлористого водорода (равном, например, 2) средний размер зерен не зависит от температуры подложки в интервале 725.. .775 °С и уменьшается при более высоких температурах. Если температура подложки равна 725.. .750 °С, то увеличение концентрации арсина в реакционноспособной смеси приводит к укрупнению зерен. Для пленок GaAs, осаждаемых на слабо нагретые подложки, при низкой концентрации арсина характерна ярко выраженная преимущественная ориентация зерен относительно направления <110>, а при высокой концентрации арсина — относительно направления <111> [92]. При использовании метода химического осаждения из паров металлорганических соединений Вернон и др. [88] получили пленки GaAs толщиной 5 мкм, размер зерен которых после рекристаллизации в потоке арсина достигал 0,2.. .0,5 мм.
