Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Ах( 1—х), где А — постоянная величина, а х—атомная концентрация одного из компонентов. Если при каком-либо составе сплава образуется ориентированная структура, удельное сопротивление достигает минимального значения.
Рассмотрим теперь факторы, которые влияют на положение границ четырех характерных областей зависимости, приведенной на рис. 3.33. Ширина каждой из этих областей определяется особенностями процессов зародышеобразования и роста конкретной пленки при данных условиях осаждения и, следовательно, не является постоянной даже для пленок одного и того же металла, если они получены в различных условиях. Обычно при пониженной температуре осаждения благодаря меньшей подвижности адсорбированных атомов образуются более крупные зародыши, и поэтому ширина областей I—III уменьшается. Можно ввести полезный параметр, называемый критической толщиной пленки dc (см. [254]), по достижении которой пленка становится физически сплошной. На рис. 3.36 приведены зависимости dc от температуры осаждения, угла падения на подложку испаренных атомов и напряженности электрического поля. При изменении условий процесса зародышеобразования возможны вариации критической толщины пленки в широких пределах. Так, например, критическая толщина пленок меди, осаждаемых на стекло при температуре 300 К, уменьшается приблизительно с 12 до 5 нм, если стеклянную подложку предварительно покрыть мономолекулярным слоем SiOx.
Среди других электрических параметров пленок представляет интерес работа выхода электронов, значения которой были измерены для ряда металлических пленок фотоэмиссионным методом. Как правило, работа выхода для неотожженных пленок
210
Глава 3
4
Рис. 3.37. Зависимости оптических постоянных п и k при длине волны 0,59 мкм (а) и коэффициента заполненияпленок
серебра от их толщины d
ниже, чем для массивных образцов
(в случае медных пленок это умень-
о
1,2
J шение может достигать 0,72 эВ), и ее
а
значение возрастает при устранении структурных дефектов с помощью отжига.
••
3.4.2 Оптические свойства
] io—20—зо-----------dTnn Сверхтонкие несплошные металли-
5 ’ ческие пленки по своим свойствам
приближаются к диэлектрикам и
имеют высокий показатель преломления п и низкий показатель поглощения k. При увеличении толщины пленки значения п понижаются, а значения k возрастают. Зависимости оптических постоянных пленок серебра от их толщины показаны на рис. 3.37. Характерные особенности этих зависимостей можно объяснить в рамках теории Максвелла — Гарнетта или какой-либо другой теории гранулированных пленок. Как видно из рис. 3.37, существует явно выраженная зависимость между оптическими постоянными пленки и долей объема, заполненного веществом пленки (называемой коэффициентом заполнения q). При определенной длине волны, зависящей от размера островков, и при выполнении соотношения k(%)>n(%) в гранулированных пленках наблюдается аномальное поглощение света. Появление пика поглощения и наличие соответствующих этому эффекту максимумов на кривых спектральной зависимости п и k обсуждаются в работе [257]. С физической точки зрения частицы металла, образующие пленки подобного типа, можно рассматривать как систему осцилляторов, в которой при определенной частоте наступает резонанс.
Оптические постоянные и, следовательно, коэффициенты отражения R и пропускания Т зависят от микроструктуры пленок. На рис. 3.38 приведены спектральные зависимости R и Т пленок золота различной толщины, полученных при одной и той же температуре подложки, и пленок Au одинаковой толщины, которые осаждались на подложки с различной температурой. При понижении температуры осаждения размер зерен уменьшается и возрастает концентрация дефектов. Дополнительный пик поглощения при длине волны 1 мкм связан с рассеянием света на границах мелких зерен.
Значения R и Т существенно изменяются при наличии по*
Физические свойства тонких ппенок
211
а 5
Рис. 3.38. Спектральные зависимости коэффициентов отражения R и пропускания Т пленок золота [262]; а) пленки толщиной 12 нм имеют разную кристаллическую структуру (1, 2, 3); б) толщина пленок: 1 — 27,5 нм, 2 — 15,0 нм, 3 — 5,6 нм.
верхностного рельефа, оптической анизотропии, неоднородностей состава и при нарушении стехиометрии состава пленок. Рассеяние излучения поверхностными неровностями приводит к относительному изменению коэффициента отражения на величину AR/R~ (4ясгД)2 (при малых значениях о/к), где о — среднеквадратичная шероховатость поверхности. У пленок, получаемых вакуумным испарением, легко достижимы значения ojX~ 10-2, поэтому уменьшение коэффициента отражения в данном случае невелико (<1 %). Пленки, состоящие из зерен
Таблица 3.4. Некоторые электрические параметры различных металлических
пленок [254, 255]
Металл Среднеквадратичная шероховатость, нм Работа выхода, эВ Удельное сопротивление при 20 °С, мкОм-см Температурный коэффициент удельного сопротивления при 20 °С> К-1
А1 16,9 (273 К) 4,28 2,65 0,00429
Ag 57,0 (300 К) 4,26 1,59 0,0041
Au 40,0 (293 К) 5,1 2,44 0,0034
Си 45,0 (293 К) 4,65 1,67 0,0068
