Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
удалены от края зоны проводимости примерно на 0,6 эВ. Сообщалось, что при высокой концентрации вакансий образуется примесная зона. Дэре и Парик [108] обнаружили энергетический уровень с энергией активации 0,22 эВ. By и Бьюб [127] отмечают, что в пленках, получаемых методом испарения и содержащих мелкие донорные уровни, при отсутствии освещения концентрация электронов в температурном интервале от 200 до 330 К фактически не зависит от температуры. Энергия активации, найденная из температурной зависимости концентрации электронов, изменяется от 0 до 0,04 эВ. Согласно температурной зависимости подвижности носителей, предэкспоненциальный множитель которой равен 50. ..100 см2/(В-с), значения энергии активации заключены в пределах от 0,11 до 0,19 эВ. В пленках, осаждаемых данным методом, существенное влияние на процесс переноса носителей заряда оказывают структурные свойства и электрофизические характеристики межзеренных границ. Пленки CdS непосредственно после испарения нечувствительны к воздействию света. Однако после введения в пленку CdS (диффузионным способом) атомов меди наблюдается значительная фотопроводимость, и в условиях высокого уровня фотовозбуждения концентрация электронов оказывается более низкой, а их подвижность — более высокой, чем в пленках CdS, не содержащих меди.
Электрические свойства пленок CdS, получаемых посредством пульверизации с последующим пиролизом, определяются главным образом особенностями процесса хемосорбции кислорода на границах зерен, сопровождающегося снижением как
Физические свойства тонких пленок
167
концентрации, так и подвижности носителей [136]. Вследствие наличия вакансий серы такие пленки всегда обладают проводимостью n-типа, и их удельное сопротивление может варьировать в очень широких пределах, отличаясь до восьми порядков величины [136, 166]. Последующий отжиг пленок CdS на воздухе приводит к увеличению их удельного сопротивления примерно до 107 Ом • см и появлению сильной фотопроводимости. Согласно измерениям, выполненным в лаборатории авторов [166], примерно через 1 мс после включения источника света интенсивностью 50 мВт/см2 проводимость пленок возрастает в 106. ..107 раз. В результате вакуумного отжига пленок их удельное сопротивление уменьшается до 1...10 Ом-см, а также происходит гашение фотопроводимости, что свидетельствует об обратимости процессов хемосорбции и десорбции кислорода [136]. Зависимость удельного сопротивления пленок CdS от температуры отжига иллюстрирует рис. 3.17, а.
Детальное экспериментальное исследование параметров процесса переноса электронов в пленках CdS проведено несколькими авторами [126, 136, 158, 167]. Ма и Бьюб
[158] обнаружили осциллирующий характер изменения электропроводности, концентрации носителей и их подвижности в зависимости от температуры осаждения пленок. Скорость охлаждения пленок (по окончании их роста) влияет на кинетику хемосорбции и поэтому сказывается также на процессе переноса электронов [158]. Квок и Сью [132], изучавшие пленки CdS, получаемые методом пульверизации с последующим пиролизом, отмечают, что при увеличении их толщины, сопровождающемся укрупнением зерен, темновая концентрация и подвижность носителей возрастают. На рис. 3.17, б приведены зависимости концентрации и подвижности носителей от толщины пленки при наличии и отсутствии освещения. Измерения эффекта Холла и термо-э.д. с. в освещенных образцах [136, 168] показывают, что под действием света происходит изменение концентрации или подвижности носителей, а возможно, и обоих параметров одновременно. Какой из них изменяется в большей степени, зависит от относительного влияния свойств микроструктуры (размера зерен) и термообработки осажденной пленки (наличия хемосорбированного кислорода) на процесс протекания тока. Согласно измерениям, диффузионная длина дырок в пленках, получаемых посредством пульверизации с последующим пиролизом, составляет 0,2.. .0,4 мкм [136].
Пленки CdS непосредственно после осаждения методом ионного распыления имеют высокое удельное сопротивление [145, 148, 162], которое достигает 108 Ом-см. При совместном распылении CdS и In образуются пленки с удельным сопротивлением — 1 Ом-см и подвижностью носителей, приблизительно равной 40 см2/(В-с). Лихтенштейгером [169] получены легиро-
168
Глава 3
Рис. 3.17. Температурные зависимости темнового удельного сопротивления пленок CdS, осажденных методом пульверизации с последующим пиролизом, при отжиге в вакууме и в атмосфере различных газов [136] (а). Точка А определяет удельное сопротивление пленок непосредственно после осаждения, кривая АВ — изменение удельного сопротивления пленок в процессе отжига в вакууме, кривая ВС — удельное сопротивление пленок, отожженных в вакууме или атмосфере инертных газов, измеренное при различных температурах, точка D — измеренное при комнатной температуре удельное сопротивление пленок, отожженных в вакууме.
Зависимости подвижности \i и концентрации п носителей от толщины d пленок CdS, полученных посредством пульверизации с последующим пиролизом [132] (б); L — при освещении, D — в темноте.
