Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
ванные пленки CdS p-типа с подвижностью дырок 6. ..15 см2/ (В-с). Концентрация носителей в пленках CdS, легированных индием (атомное содержание 1 %), согласно измерениям, составляет около 7-1018 см-3 [144]. Установлено, что в отличие от нелегированных пленок CdS, осаждаемых ионным распылением, удельное сопротивление пленок, содержащих легирующую примесь, слабо зависит от температуры подложки в процессе их нанесения [144]. По электрическим свойствам пленки, получаемые посредством ионного распыления, аналогичны пленкам, создаваемым методом испарения. Пил и Меррэй [147] для интерпретации результатов измерений проводимости в сильном электрическом поле привлекают эффект Пула — Френкеля. Согласно данным Хилла [148], в пленках CdS, осаждаемых
Физические свойства тонких пленок
169
с помощью ионного распыления и обладающих высокой подвижностью носителей, диффузионная длина электронов равна
— 1 мкм.
Пленки CdS, получаемые путем химического осаждения из раствора [154, 155], имеют проводимость n-типа, и их удельное сопротивление, составляющее 107. ..109 Ом • см, после отжига в вакууме уменьшается до 1...10 Ом-см. Это снижение удельного сопротивления, свойственное также пленкам, создаваемым методом пульверизации, связано с десорбцией кислорода. Последующий прогрев пленок на воздухе или в атмосфере кислорода может привести к восстановлению исходных значений удельного сопротивления. Согласно экспериментальным данным Паваскара и др. [170], в освещенных образцах концентрация носителей приблизительно равна 1014 см-3, а их подвижность —
5 см2/(В-с). В результате отжига на воздухе пленки, осажденные из раствора, приобретают высокую фоточувствительность [154]. Пленки CdS, получаемые методом трафаретной печати [152], также обладают высокой фоточувствительностью, и отношение удельных сопротивлений при отсутствии и наличии освещения (при интенсивности излучения 100 мВт/см2) составляет для них ~104. Пленки CdS, осаждаемые методом электрофореза [164], имеют удельное сопротивление в пределах 103... 105 Ом-см.
Для эпитаксиальных пленок CdS характерна очень высокая подвижность носителей. Электрические свойства пленок CdS, эпитаксиально осаждаемых на подложки из GaAs при осуществлении химической транспортной реакции в квазизамкнутом объеме [151], в значительной степени зависят от условий их выращивания, причем наиболее существенно — от температуры подложки. При повышении температуры подложки концентрация носителей возрастает по экспоненциальному закону. При этом также увеличивается подвижность электронов. Максимальное из полученных значений подвижности составляет 241 см2/ (В-с). При вариациях температуры подложки удельное сопротивление пленок может изменяться от 10_3 до 1 Ом-см. Нелегированные эпитаксиальные пленки CdS, осаждаемые методом молекулярно-лучевой эпитаксии [149], обладают удельным сопротивлением 105 Ом-см, которое экспоненциально уменьшается при повышении температуры, и характеризуются энергией активации, равной 1,6 эВ. В пленках, легированных индием, концентрация носителей составляет 1018 см-3, а их холловская подвижность — 65 см2/(В-с). Эпитаксиальные пленки CdS, получаемые химическим методом из паровой фазы, непосредственно после осаждения имеют удельное сопротивление 10... 100 Ом-см. Отжиг пленок в атмосфере Н2 или Аг при температуре 400 °С приводит к снижению удельного сопротивления до значений 0,01...0,05 Ом-см. Подвижность носителей в высокоомных пленках CdS составляет 100. ..150 см2/(В-с).
170
Глава 3
А’ мкм Л, мкм
5
Рис. 3.18. Спектральные зависимости показателей преломления п (а) и поглощения k (б) пленок CdS, полученных вакуумным испарением при трех различных температурах подложки [124]. 1 — комнатная температура;
2 — 140 °С; 3 — 180 °С.
3.2.7.3 Оптические свойства
Оптические свойства пленок CdS существенно зависят от их микроструктуры и, следовательно, от условий осаждения. При испарении CdS образуются гладкие зеркально отражающие пленки, однако по мере увеличения их толщины поверхностный рельеф становится более грубым и отражение излучения от толстых пленок носит в основном диффузный характер. Квая и Томлин [124] провели измерения коэффициентов отражения и пропускания пленок, нанесенных методом испарения, и определили их оптические постоянные п и k в интервале длин волн 0,25.. .2,0 мкм с учетом эффекта рассеяния излучения поверхностью.
Анализ полученных результатов (см. рис. 3.18) показывает, что поглощение света с энергией 2,42.. .2,82 эВ сопровождается прямыми оптическими переходами, а при энергиях, превышающих 2,82 эВ, возможны как прямые, так и непрямые переходы. Значения п и k зависят от температуры подложки в процессе осаждения пленки. При высокой температуре подложки, обеспечивающей рост крупных зерен, показатель преломления пленки приближается к значению, характерному для монокри-сталлического материала. Пленки CdS, создаваемые с помощью ионного распыления [162], имеют область резкого изменения коэффициента пропускания при значении длины волны около 0,52 мкм, соответствующем ширине запрещенной зоны CdS. В длинноволновой области спектра пленки обладают высокой прозрачностью. В пленках, получаемых методом пульверизации с последующим пиролизом [134—136, 141], ширина запрещенной зоны и спектральное положение края основной полосы поглощения не зависят от микроструктуры. Доля диффузно отраженного света и, следовательно, прозрачность пленок опреде-
