Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Физические свойства тонких пленок
183
(112) составляет 1,16 %. Тонкие пленки CuInSe2 получают различными методами, в том числе вакуумным испарением [192, 193, 195, 196], высокочастотным ионным распылением [194], дискретным испарением [197, 198], пульверизацией с последующим пиролизом [199] и молекулярно-лучевой эпитаксией [200].
3.2.10.1 Структурные свойства
Пленки CuInSe2, осаждаемые на подложки, нагретые до 500 К, с использованием одного испарителя, представляют собой однофазные системы с наличием преимущественной ориентации оси с. При увеличении температуры подложки образуются более крупные зерна, и при температуре 500 К пленки состоят из зерен размером около 0,5 мкм. Последующий отжиг пленок приводит к увеличению размеров зерен до 1 мкм и более. При пониженной температуре подложки (350 К) в пленках в свободном виде присутствуют Си и In. Дерни и др. [197] методом дискретного испарения наносили аморфные пленки CuInSe2 на стеклянные подложки, температура которых составляла 77 К- Хорингом и др. [189] методом дискретного испарения получены поликристаллические пленки с размером зерен около 0,1 мкм на подложках, нагретых до 450 °С.
Качество пленок, осаждаемых методом ионного распыления [194], существенно зависит от размера частиц вещества, из которого изготовлена мишень. При распылении мелкозернистых мишеней образуются многофазные пленки с дефицитом Se и избытком In, тогда как при использовании крупнозернистых мишеней осаждаются пленки стехиометрического состава, которые, согласно результатам рентгеноструктурного анализа, имеют структуру сфалерита или халькопирита. Установлено, что температура подложки влияет на кристаллическую структуру и размер зерен пленок, но не оказывает воздействия на их состав. При ионном распылении крупнозернистых мишеней на подложках, имеющих низкую температуру (20 °С), образуются аморфные пленки. При температуре подложки 50.. .300 °С пленки кристаллизуются в структуре сфалерита. В температурном интервале 450. ..550 °С осаждаемые пленки имеют структуру халькопирита и состоят из ориентированных зерен. В пленках, получаемых при высокой температуре, размер зерен равен 1 мкм.
Для нанесения высококачественных пленок методом пульверизации с последующим пиролизом температуру подложки необходимо поддерживать в пределах 250.. .450 °С. При температуре 350 °С пленки кристаллизуются в структуре сфалерита. Как показывает анализ рентгенограмм, при температуре менее 250 °С степень кристаллизации пленок понижается, а при температуре выше 400 °С в составе пленок появляется вторая фаза.
184
Глава 3
Рис. 3.28. Зависимости концентрации Рис. 3.29. Зависимость удельного
носителей (а) и удельного сопротив- сопротивления р пленок CuInSe2,
ления р (б) пленок CuInSe2, получен- получаемых методом вакуумного
ных вакуумным испарением при тем- испарения, от температуры подло-
пературе подложки 250 °С, от избы- жки Тп при избыточной концентра-
точного содержания селена в испа- ции Se в испаряемом веществе,
ряемом веществе [193] для пленок равной 20 % [193].
л- и р-типов.
3.2.10.2 Электрические свойства
В тонких пленках CuInSe2 преобладает рассеяние носителей на границах зерен, а тип носителей и их концентрация определяются в основном степенью отклонения состава от стехиометрического. Избыточное количество Se обусловливает проводимость p-типа, причем при повышении концентрации Se удельная проводимость пленок увеличивается [193, 195]. Пленки с недостаточным содержанием Se имеют проводимость п-типа. Однако при высокочастотном ионном распылении [194] пленки с дефицитом селена обладают проводимостью p-типа. Казмерски и др. [196] сообщали, что при испарении материала пленок из одного источника нанести пленки p-типа непосредственным путем не удается. Для получения пленок с дырочной проводимостью по завершении процесса осаждения осуществляют низкотемпературный отжиг в атмосфере H2Se. Влияние избыточного количества Se в испаряемом веществе на концентрацию носителей и удельное сопротивление пленок [139] иллюстрирует рис. 3.28. Зависимость удельного сопротивления тех же пленок от темпе-
Физические свойства тонких пленок
185
р'атуры подложки приведена на рис. 3.29. В свежеосажденных пленках м-типа проводимости, получаемых вакуумным испарением при температуре 500 К, с подвижностью носителей (при комнатной температуре), равной 1...20 см2/(В-с), преобладает рассеяние носителей на границах зерен [196]. Для пленок, осажденных при более низкой температуре подложки (480 К), характерно дополнительное рассеяние на примесях. Отжиг пленок м-типа не приводит к изменению типа проводимости, однако благодаря увеличению размеров зерен подвижность носителей возрастает.
3,2.10.3 Оптические свойства
В поликристаллических пленках CuInSe2, получаемых дискретным испарением, происходят прямые оптические переходы при ширине запрещенной зоны, равной (1,02± 0,01) эВ [198]. Пленки, осаждаемые с помощью высокочастотного ионного распыления, имеют ширину запрещенной зоны 0,86. ..1,00 эВ [194]. В пленках, выращиваемых методом пульверизации с последующим пиролизом [199] на подложках, нагретых до 300... 400 °С, при энергии около 0,95 эВ наблюдается резкий край поглощения. При температуре осаждения пленок 200 °С край поглощения размыт, тогда как у пленок, получаемых при 400 °С, спектральная зависимость коэффициента поглощения имеет резкий край.
