Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
З.ЗАЗ Оптические свойства
В аморфных пленках, создаваемых методом ионного распыления, обнаружено увеличение ширины запрещенной зоны с 2,06 до 2,85 эВ при повышении концентрации носителей от 1,1 X Х1017 до 1,2 • 1020 см-3. Это изменение ширины запрещенной зоны связано с влиянием сдвига Бурштейна — Мосса [248]. Рассчитанная по результатам оптических измерений эффективная масса носителей, приблизительно равная 0,04те, зависит от их концентрации. Однако приведенные выше данные поставлены Хааком под сомнение, поскольку изучавшиеся пленки представляли собой многофазные системы.
3.3.5 Оксид цинка (ZnO)
3.3.5.1 Структурные свойства
Тонкие высокопроводящие пленки ZnO получены недавно [218, 223, 250, 251], и объем экспериментальных исследований по их изучению ограничен. Подробный анализ структурных, электрических и оптических свойств пленок, осаждаемых методом пульверизации с последующим пиролизом, выполнен Арано-
Физические свойства тонких пленок
201
вичем и др. [218]. Эти пленки имеют структуру вюртцита с осью с, перпендикулярной плоскости подложки. Пленки ZnO, полученные посредством пульверизации с последующим пиролизом и легированные индием, состоят из разориентированных кристаллитов размером 20.. .40 нм [269]. Пленки, осаждаемые химическим методом из паров металлорганических соединения [270] на подложки, нагретые более чем до 250 °С,— поликристалличны, а зерна размером ~ 10 нм имеют столбчатую форму. Ось с зерен ориентирована перпендикулярно плоскости подложки, и их размер (5...20 нм) увеличивается при повышении температуры подложки. Сообщалось также [271] о получении пленок ZnO с помощью высокочастотного реактивного магнетронного распыления.
3.3.5.2 Электрические свойства
На электрические свойства пленок, получаемых методом пульверизации с последующим пиролизом, значительное влияние оказывают температура подложки и скорость распыляющего потока воздуха. Непосредственно после осаждения пленки имеют высокое удельное сопротивление (~102 Ом «см), которое уменьшается примерно до 10_3 Ом* см в результате отжига в вакууме [223] или в водороде [218]. Это снижение удельного сопротивления связано в основном с изменением подвижности носителей [223]. Анализ температурной зависимости термо-
э.д.с. свидетельствует о преобладающем влиянии механизма рассеяния носителей на ионизированных примесях [218]. При наличии освещения проводимость пленок возрастает в 100 раз, т. е. в пленках фоторезистивный эффект выражен слабее, чем в массивных образцах. Характер процесса переноса носителей при воздействии излучения претерпевает глубокие изменения после отжига пленок, вероятно, под влиянием кислорода, хемосорби-рованного на поверхности пленки и в области границ зерен.
В одной из последних работ [269] сообщается о получении посредством пульверизации с последующим пиролизом пленок ZnO большой площади, имеющих низкое удельное сопротивление (~8'10“4 Ом «см) и высокую концентрацию электронов (~5*1020 см-3) при их подвижности ~15 см2/(В-с). По мере увеличения концентрации носителей их подвижность сначала понижается, а затем возрастает. Такой вид зависимости объясняется захватом носителей границами зерен. Пленки ZnO, осаждаемые химическим методом из паров металлорганических соединений [270] на подложки с температурой 280.. .350 °С, имеют удельную проводимость в пределах 10-2. ..50 Ом_1*см“1. Подвижность носителей в пленках ограничена из-за процессов термоионной и термоэлектронной эмиссии на границах зерен. При использовании высокочастотного реактивного магнетронного
202
Глава 3
Рис. 3.31. Спектральные зависимости параметров различных прозрачных проводящих пленок. Коэффициент пропускания: 1 — ZnO [251], 2— ITO [225], 3 — Sn02, легированный фтором [219], 4 — Cd2Sn04 [252]. Коэффициент отражения: 5 — ITO [225], 6 — Sn02, легированный фтором [219].
распыления могут быть получены пленки ZnO с удельной проводимостью 10-8...5’102 Ом-1-см-1, значение которой определяется условиями процесса распыления.
3.3.5.3 Оптические свойства
Для пленок ZnO, как и для массивных кристаллов этого вещества, характерны прямые оптические переходы, которым отвечает ширина запрещенной зоны 3,3 эВ [218]. Пленки, осаждаемые методом пульверизации с последующим пиролизом, обладают высоким оптическим коэффициентом пропускания (~ 85 %) в области солнечного спектра при удельном сопротивлении ~8* 10-4 Ом-см [269]. У пленок со слоевым сопротивлением 85 Ом/квадрат, получаемых магнетронным распылением [271], коэффициент пропускания в спектральном диапазоне 0,4...
0,8 мкм составляет около 90 %.
В табл. 3.3 приведены для сравнения характеристики нескольких видов прозрачных проводящих оксидных пленок, осаж-
Физические свойства тонких пленок
203
Рис. 3.32. Зависимости слоевого сопротивления (1) и коэффициента пропускания (2) легированных фтором пленок SnO*, полученных методом пульверизации с последующим пиролизом, от их толщины d.
даемых разными методами. На рис. 3.31 изображены спектральные зависимости коэффициентов пропускания и отражения различных оксидных пленок. На рис. 3.32 представлены зависимости слоевого сопротивления и коэффициента пропускания легированных фтором проводящих оксидных пленок SriO* от их толщины.
