Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
(т*у~х>
Значение х для многих полупроводниковых материалов приблизительно равно 1,35 [203].
Для получения пленок прозрачных проводящих оксидов применяют различные методы осаждения, в том числе: ионное распыление в тлеющем разряде постоянного тока [201, 204—209], высокочастотное ионное распыление [210—215], ионно-лучевое распыление [207, 216], ионное осаждение [217], пульверизацию с последующим пиролизом [218—225], химическое осаждение из паровой фазы [226, 227], электронно-лучевое [228], дискретное [229], реактивное [230—232] и активированное реактивное [233, 234] испарения, а также анодирование [207]. В следующих разделах кратко обсуждаются различные физические свойства пленок, важные с точки зрения их использования в солнечных элементах.
196
Глава 3
3.3.1 Оксид кадмия (CdO)
3.3.1.1 Структурные свойства
Пленки CdO имеют структуру каменной соли (NaCl) с преимущественной ориентацией оси <100> относительно нормали к поверхности подложки. Постоянная кристаллической решетки увеличивается при повышении концентрации носителей, причем ее относительное изменение может достигать 0,88 % [235].
3.3.1.2 Электрические свойства
Концентрация и подвижность носителей в пленках CdO составляют соответственно 5 • 1016... 1021 см~3 и 2. ..120 см2/(В*с) [235]. Установлено, что эффективная масса электронов вблизи дна зоны проводимости примерно равна 0,14те [236] и ее значение возрастает при повышении концентрации носителей [237]. Данный эффект можно объяснить непараболичностью зоны проводимости и увеличением постоянной кристаллической решетки [237]. Пленки CdO имеют низкое удельное сопротивление, значение которого достигает 5- 10-4 Ом-см [238].
3.3.1.3 Оптические свойства
Край основной полосы поглощения CdO расположен в видимой области спектра (при длине волны ~0,5 мкм). Вследствие высокой концентрации носителей плазменная частота лежит в инфракрасной области1). Оптические свойства пленок вблизи плазменной частоты [237] с достаточной точностью описываются теорией Друде. При увеличении концентрации носителей край поглощения перемещается от 2,3 к 2,7 эВ. Данный эффект обусловлен сдвигом Бурштейна — Мосса 2\
3.3.2 Оксид олова (БпОг)
3.3.2.1 Структурные свойства
Пленки SnO* являются объектом активных исследований. Как и массивные образцы, они имеют структуру рутила [221], а направление ориентации содержащихся в них кристаллитов, по-
^ Здесь авторами допущена неточность: при увеличении в полупроводнике концентрации свободных носителей наблюдаются повышение плазменной частоты и ее смещение в ближнюю инфракрасную область спектра. — Прим. перев. и ред.
2) В условиях сильного вырождения, когда уровень Ферми Ef лежит в зоне проводимости (в электронном полупроводнике), принцип Паули практически исключает возможность переходов в состояния зоны проводимости с энергией, меньшей Ef. Край поглощения при этом отвечает энергии Eg + +Ef—Ес (Eg — ширина запрещенной зоны, Ес— дно зоны проводимости), т. е. смещается в область более высоких энергий. Это явление называется сдвигом Бурштейна — Мосса. — Прим. перев.
Физические свойства тонких пленок
197
видимому, зависит от метода осаждения. Пленки S11O2 (беспримесные и легированные сурьмой), получаемые методом пульверизации с последующим пиролизом, состоят из зерен с преимущественной ориентацией относительно направления <200>, если их осаждение проводится на подложки с пониженной температурой (623 ... 723 К), и преимущественной ориентацией относительно направления <110> при более высоких температурах подложки
(>723 К). Легирование пленок фтором приводит к появлению преимущественной ориентации зерен относительно <112> и < 121 > при низкой концентрации примеси и относительно <121> при высокой концентрации фтора [219, 220].
Для пленок, получаемых ионным распылением при повышенном содержании кислорода, характерна преимущественная ориентация зерен относительно <110>, в то время как при пониженном давлении кислорода — относительно < 101 > [206]. В пленках Sn02, осаждаемых методом реактивного ионного распыления, обнаружена фаза, состоящая из SnO, наличие которой, как установлено, зависит от ряда параметров процесса осаждения [206], в частности от парциального давления кислорода при распылении [205].
3.3.2.2 Электрические свойства
Подвижность носителей в пленках Sn02 ниже, чем в массивных образцах, и ее значения при концентрации носителей
1018.. ЛО21 см-3 и удельном сопротивлении 0,1 - - -4* 10~4 Ом-см изменяются в пределах 10...50 см2/(В-с). Рассеяние носителей на границах зерен является основным процессом, ограничивающим их подвижность [219—221, 223]. Удельное сопротивление пленок Sn02, легированных фтором, ниже, чем пленок, легиро-
Рис. 3.30. Зависимости удельного сопротивления р, подвижности [L и концентрации п носителей от содержания примеси в пленках SnO*, легированных Sb (а) и F (б) [219, 220].
198
Глава 3
ванных сурьмой [219, 220, 239]. Различная форма зависимости подвижности носителей от концентрации примеси в пленках, легированных сурьмой и фтором (см. рис. 3.30), вызвана изменением характера рассеяния на границах зерен [219, 220]. Отжиг этих пленок в вакууме или в атмосфере водорода понижает их удельное сопротивление, а отжиг на воздухе приводит к его увеличению [240]. Эффект, получаемый в результате отжига, обусловлен хемосорбцией или десорбцией кислорода, происходящими главным образом в области границ зерен [240].
