Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
3.4 Кинетические явления в металлических пленках
Металлические пленки применяются для создания прозрачных электродов в солнечных элементах с барьером Шоттки, а также сетчатого и сплошного контактов в различных конструкциях солнечных элементов. В данном разделе кратко рассмотрены те свойства металлических пленок, которые влияют на характеристики элементов. Более глубокое и подробное обсуждение этих вопросов проведено в ряде монографий [254, 255] и обзоров [256—258].
Таблица 3,3. Характеристики прозрачных проводящих оксидных пленок, получаемых различными методами АРИ — активированное реактивное испарение, ИР — ионное распыление, ПП — пульверизация с последующим пиролизом
Вид пленки Метод осаждения Слоевое сопротивление, Ом/квадрат Коэффициент пропускания при различных значениях длины волны (мкм)
0.40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 1,20 1,60
Sn02 ИР 500 0,73 0,93 0,94 0,85 0,82 0,85 0,92 0,92
Sn02 ПП 9,2 0,87 0,87 0,89 0,91 0,90 0,93 0,92 0,82 0,81 0,62 0,13
ITO ИР 5,5 0,66 0,87 0,92 0,93 0,92 0,90 0,94 0,9 0,9 — —
ITO ПП 5,4 0,81 0,8 0,8 0,8 0,91 0,83 1 0,8 0,83 0,88 0,76 0,39
ITO АРИ 2,2 0,79 — — — 0,91 — — — 0,91 0,8 0,58
Cd2Sn04 ИР 1,7 0,64 0,81 0,93 0,84 0,92 0,89 0,84 0,85 0,86 0,46 —
CdSnOa ПП 17 0,56 0,78 0,85 0,80 0,88 0,80 0,89 0,85 0,85 — —
ZnO АРИ 40 0,82 0,86 0,94 0,99 0,90 0,89 0,95 0,99 1,0 0,94 0,97
Вид пленки Метод осаждения Слоевое сопротивление, Ом/квадрат Критерий качества пленок <j>jQX 103 [см. формулу (3.1)для различных значений длины волны (мкм)] Литература
0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 1,20 1,60
Sn02 ИР 500 0,09 0,97 1,1 0,39 0,27 0,39 0,7 0,87 1215]
Sn02 ПП 9,2 16,9 27 33,9 42,3 37,9 52,6 47,2 25,5 13,2 0,91 — [219]
ITO ИР 5,5 2,9 45,2 79,0 88,0 79 63,1 97,9 63,4 63,4 — — [214]
ITO ПП 5,4 22,5 19,9 19,9 19,9 72,1 28,7 19,9 28,7 51,6 11,9 0,02 [2251
ITO АРИ 2,2 43 — — — 177 — — — 177 54 2 [233]
Cd2Sn04 ИР 1,7 6,8 71,5 284,7 102,9 255,55 183,4 102,9 115,8 130,2 0,25 — [252]
CdSn03 ПП 17 0,18 4,9 11,6 6,3 16,5 6,3 18,3 18,3 11,6 — — [253]
ZnO АРИ 40 3,4 5,5 13,5 22,6 8,7 7,8 15,0 22,6 25 13,5 18,4 [234]
Физические свойства тонких пленок
205
Рис. 3.33. Типичная зависимость удельного сопротивления р при 300 К пленки Аи, нанесенной на стеклянную подложку, от ее толщины d. Области I—IV характеризуются различными механизмами проводимости.
Рис. 3.34. Температурные зависимости логарифма удельной проводимости несплошных пленок платины различной толщины, описываемые уравнением Аррениуса [254]. Увеличение толщины пленок соответствует возрастанию Еа — расчетных значений энергии активации.
3.4.1 Электрические свойства
3,4 3,6 3,8
юУКХЮ
Типичная зависимость удельного сопротивления металлической пленки от ее толщины показана на рис. 3.33. Эта зависимость имеет четыре характерные области. Область I соответствует несплошным пленкам, состоящим из отдельных островков (гранул). Электропроводность таких пленок определяется расстоянием между островками, их размерами и температурой. Как видно из рис. 3.34, зависимость удельной проводимости сверхтонких пленок платины от температуры отвечает уравнению Аррениуса. Измеренные значения энергии активации совпадают со значениями, определяемыми из выражения для удельной проводимости
б = (AqTIk) exp {—[(<j>—Bq2/d)/kT)}.
206
Глава 3
Здесь А и В — постоянные величины, ф — работа выхода электронов из массивного металлического образца, d — расстояние между островками. Величина Bq2)d характеризует уменьшение работы выхода под влиянием сил изображения. Температурный коэффициент удельного сопротивления отрицателен, и его значение зависит от микроструктуры пленки.
В области II пленки обладают физически несплошной, сетчатой структурой, однако островки электрически соединены друг с другом. Удельное сопротивление и его температурный коэффициент зависят от относительного объема сплошных участков пленки, и каждая из этих величин является суммой двух составляющих, связанных со сплошной и несплошной частями пленки.
В области III для пленок характерна физически сплошная' однородная структура. Их удельное сопротивление может быть представлено в виде суммы
Pf = Ря + Ps + Рсб + Pd + Р/> каждое слагаемое которой отвечает определенному механизму рассеяния (символами В, S, GB, D и I обозначены процессы рассеяния электронов соответственно на фононах в объеме пленки, свободных поверхностях пленки, границах зерен, структурных дефектах и примесях). Слагаемое, связанное с рассеянием на поверхности, зависит от толщины пленки и ее поверхностных свойств. В эпитаксиальных пленках, а также пленках с крупными ориентированными зернами, получаемых путем осаждения металлов на сильно нагретые подложки, свободные электроны почти зеркально отражаются от поверхностей. Однако в поликристаллических пленках, обычно используемых в солнечных элементах, по-видимому, преобладает диффузное рассеяние носителей и величина ps определяется с учетом размерных эффектов. Необходимо также отметить, что при наличии на поверхности пленки мономолекулярных слоев другого вещества характер поверхностного рассеяния меняется, однако удельное сопротивление отклоняется при этом на небольшую величину (^20 %). Составляющие удельного сопротивления рgb и рd существенно зависят от микроструктуры (а значит, и от толщины пленки), условий ее осаждения и последующей термообработки. Рис. 3.35, а и б иллюстрируют влияние температуры осаждения и отжига пленок меди на зависимость удельного сопротивления и его температурного коэффициента, й(1прр)/йГ, от толщины пленок.
