Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
5.. .6 мкм, осаждаемых методом пульверизации с последующим пиролизом, наблюдается ярко выраженная преимущественная
174
Глава 3
Рис. 3.20 б. Зависимость отношения G фотопроводимости к темновой проводимости от параметра х пленок Zn*Cdx_*S, получаемых методом пульверизации с последующим пиролизом [139].
Рис. 3.20. в. Зависимость удельного сопротивления р пленок Zn*Cdx_*S, получаемых методом пульверизации с последующим пиролизом, от параметра х [139]. 1 — непосредственно после осаждения, 2—после отжига.
ориентация зерен вдоль оси с, а типичный размер зерен составляет 1 . ..
2 мкм. При вариациях концентрации Zn средний размер зерен меняется незначительно. При значениях х, превышающих 0,7, на поверхности пленок образуются трещины.
Увеличение концентрации Zn обычно сопровождается повышением удельного сопротивления пленок сплава на несколько порядков величины. Низкоомные (1 ... 20 Ом • см) пленки сплава с небольшой концентрацией Zn могут быть получены методом вакуумного испарения [115, 116]. Дас [116] установил, что при увеличении содержания Zn уменьшаются как концентрация носителей, так и их подвижность. В работе Банерджи и др. [139] показано, что непосредственно после осаждения пленок сплава методом пуль-
Рис. 3.20. г. Зависимость оптической ширины запрещенной зоны пленок Zn*Cdi_*S от параметра * [116].
Физические свойства тонких пленок
175
веризации отношение значений их электропроводности при наличии и отсутствии освещения составляет 104 для пленок чистого сульфида кадмия и 1 для пленок чистого сульфида цинка. Данные результаты представлены на рис. 3.20, б. Темновое удельное сопротивление этих пленок повышается при увеличении концентрации Zn. В результате отжига удельное сопротивление пленок сплава уменьшается, при этом, как видно из рис. 3.20 в, эффект отжига максимален для пленок чистого CdS и пренебрежимо мал при х^0,80.
Что касается оптических характеристик пленок сплава, то они плавно изменяются при вариациях состава. Пленки любого состава являются «прямозонными» полупроводниками [116], причем зависимость ширины запрещенной зоны от состава при переходе от чистого CdS к чистому ZnS, как следует из рис. 3.20 г, отличается от линейной. Наблюдаемое увеличение ширины запрещенной зоны при возрастании в сплаве концентрации Zn способствует повышению напряжения холостого хода солнечных элементов на основе C112S—ZnxCdi_xS.
Поскольку интерес к тонким пленкам Ct^Se как к материалу для изготовления солнечных элементов усилился лишь в последние годы, количество публикаций по данному вопросу очень ограничено. Тонкие пленки Ct^Se получают преимущественно вакуумным испарением [172—174]. Cu2S существует в нескольких кристаллографических модификациях, и свойства пленок в значительной степени определяются их составом, который в свою очередь зависит от условий осаждения.
В процессе вакуумной термообработки пленок при температуре ниже 350 °С Шафизаде и др. [173] наблюдали последовательность фазовых переходов CuSe:
Параметр а кубической гранецентрированной решетки Cu2-xSe меняется в интервале 0,568.. .0,575 нм, соответствующем вариациям состава от Cui,4Se до Cui,75Se. В диапазоне составов от Cui,75Se до Cu2Se существует упорядоченная низкотемпературная фаза селенида меди. При температуре выше 350 °С CuSe распадается на две фазы с а = 0,584 и 0,565 нм. При охлаждении селенида меди до комнатной температуры
3.2.8 Селенид меди (Cu2Se)
3.2.8.1 Структурные свойства
CuSe
100. . . зоо
Охлаждение до комнатной температуры
— Cu2Se
кубическая кубическая
гранецентри- гранецентри-
рованная рованная
решетка, решетка.
низко-
темпера-
турная
модифика-
ция
д=0,568. . .0,575 нм а=0,584 нм
176
Глава 3
образуется и одновременно существует две фазы — низкотемпературная модификация Cu2Se и модификация, имеющая кубическую гранецентрированную решетку с а = 0,563 нм, которой отвечает фаза селенида меди, близкая по составу к Cu^isSe. Параметры элементарной ячейки эпитаксиальных пленок [172] низкотемпературной модификации СигЭе, выращиваемых на монокристаллах NaCl при температурах 200 и 400 °С, выраженные через параметры гексагональной решетки а и с, равны соответственно 0,707 и 0,668 нм. Балдхаупт и др. [174] сообщали
о получении тонких пленок Cu2-xSe, содержащих только гексагональную фазу, при температуре подложки 150. ..275 °С. Отмечается, что при более высоких температурах подложки состав пленок в меньшей степени зависит от скорости осаждения Se (если она превышает некоторое пороговое значение). Согласно измерениям, размер зерен в пленках составляет — 1 мкм.
3.2.8.2 Электрические свойства
Измерения эффекта Холла и удельного сопротивления показывают, что пленки Cu2-xSe обладают проводимостью р-типа и в пленках, имеющих состав Cui,8Se, подвижность дырок равна 10 см2/(В*с), а их концентрация — 2• 1021 см-3 [174].
3.2.8.3 Оптические свойства
По характеру спектральной зависимости коэффициента поглощения [174] можно заключить, что поглощение света в пленках Cu2-xSe сопровождается как непрямыми оптическими переходами (соответствующее значение ширины запрещенной зоны— 1,4 эВ), так и прямыми переходами (ширина запрещенной зоны — 2,2 эВ).
