Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
3.2.9.1 Структурные свойства
Кристаллическая структура пленок сульфида меди определяется главным образом их составом. Особенности микроструктуры пленок Cu2S зависят от вида подложки, метода выращи-
Рис. 3.23. Температурные за» висимости удельного сопротивления р массивных образцов Cu2S [180]. 1 — нелегированный Cu2S, 2 — Cu2S, легированный кадмием.
180
Глава 3
Рис. 3.24. Зависимость подвижности дырок [г от их концентрации р в массивных образцах Cu^S [180].
вания и параметров процесса осаждения. Пленки C112S, получаемые в результате реакции замещения в процессе окунания, имеют развитую микроструктуру, как это видно из рис. 1.9 и 4.3. Поверхностный рельеф пленки C112S воспроизводит рельеф расположенного под ней слоя CdS, который осаждают вакуумным испарением или ионным распылением. Поэтому пленка C112S и исходный слой CdS состоят из зерен одинакового размера. При проведении мокрого процесса быстрая диффузия ионов меди в области границ зерен приводит к тому, что на этих участках Cu2S проникает в глубину слоя CdS. Микроструктура получаемого таким способом слоя C112S схематически изображена на рис. 4.4. Для электроосажденных пленок C112S также характерно глубокое проникновение сульфида меди в слой CdS вдоль границ зерен. В отличие от пленок C112S, выращиваемых в растворе, пленки, образующиеся в результате реакции в твердой фазе, имеют плоскую поверхность. При осуществлении как сухого, так и мокрого процесса химическая реакция протекает в приповерхностной области базового слоя CdS. В обоих случаях отличительная особенность реакции такого типа состоит в том, что при наличии преимущественной ориентации зерен CdS наблюдается строго ориентированный рост поверхностной пленки C112S. В получаемых при этом пленках C112S ось с направлена перпендикулярно плоскости подложки.
3.2.9.2 Электрические свойства
Электрические свойства тонких пленок CuxS, как и свойства массивных кристаллов сульфида меди, зависят в основном от их состава и, следовательно, от метода и условий осаждения. Пленки, получаемые посредством окунания, как правило, имеют удельное сопротивление 10“3.. .10”1 Ом-см, концентрацию но-
Физические свойства тонких пленок 181
сителей 1019. ..1021 см-3 и подвижность носителей 1...5 см2/
(В-с). Состав пленок Cu2S, выращиваемых сухим методом, в большей степени приближается к стехиометрическому; их удельное сопротивление равно 0,1 • • • 1 Ом-см при концентрации носителей порядка 1019 см-3 и подвижности носителей 5 см2/
(В-с). Следует отметить, что в пленках сульфида меди, представляющего собой вырожденный полупроводник p-типа, концентрация носителей определяется количеством вакансий меди, т. е. составом вещества. Коув и др. [185] провели детальное исследование влияния состава пленок CuxS (осаждаемых методом вакуумного испарения) на удельное сопротивление.
Установлено, что состав пленок зависит от их толщины, и в диапазоне 1,89<х<1,95 удельное сопротивление изменяется от 10—2 до 102 Ом-см. На характер температурной зависимости удельного сопротивления влияют состав и, следовательно, толщина пленки (см. рис. 3.26). Отжиг пленок сульфида меди в водороде приводит к повышению удельного сопротивления и улучшению стехиометрии, в то время как отжиг в кислороде дает противоположный эффект. Диффузионная длина неосновных носителей в пленках Cu2S, получаемых различными методами, лежит в пределах от 0,05 до 0,5 мкм. Дилман [190] отмечает, что диффузионная длина неосновных носителей вдоль оси с больше, чем в направлении, перпендикулярном оси с.
Рис. 3.25. Спектральные зависимости коэффициента пропускания пленок Cu*S различной толщины, полученных методом вакуумного испарения [185]. 1 — 0,13 мкм, 2 — 0,25 мкм, 3 — 0,33 мкм, 4 — 0,45 мкм, 5 — 0,6 мкм.
3.2.9.3 Оптические свойства
Оптические свойства пленок Cu2S определяются главным образом их составом. В настоящее время установлено, что в халькоците происходят прямые оптические переходы, которым соответствует ширина запрещенной зоны 1,2 эВ, и, возможно, также непрямые переходы при ширине запрещенной зоны 1,8 эВ. При отклонении состава от стехиометрического ширина запрещенной зоны увеличивается. Спектральные зависимости коэффициента пропускания пленок Cu^S, получаемых вакуумным испарением и имеющих различную толщину (и, следова-
182
Глава 3
Рис. 3.26. Температурные зависимое- Рис. 3.27. Зависимости квадрата
ти удельного сопротивления р пле- коэффициента поглощения а пленок
нок Cu^S различной толщины, полу- Cu^S, полученных методом вакуум-
ченных методом вакуумного испаре- ного испарения, от энергии фотонов
ния [185]. 1 — 0,17 мкм, 2 — 0,25 hv [185] для пленок различной тол-
мкм, 3—0,36 мкм, 4—0,45 мкм. щины (обозначения кривых см. в
подписи рис. 3.25).
тельно разный состав), представлены на рис. 3.25, а соответствующие им зависимости квадрата коэффициента поглощения а2 от энергии фотонов hv показаны на рис. 3.27.
3.2.10 Селенид меди и индия (CuInSe2)
Поскольку ширина запрещенной зоны массивных образцов CuInSe2 равна 1,04 эВ, солнечные элементы с гетеропереходом CuInSe2—CdS [191] имеют близкое к оптимальному (с точки зрения эффективности преобразования энергии) сочетание полупроводников, которое признано перспективным и для солнечных элементов в тонкопленочном исполнении. Степень несоответствия параметров кристаллической решетки для поверхности CdS с ориентацией (0001) и поверхности CuInSe2 с ориентацией
