Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Глава 4
Рис. 4.2. Микроснимки, полученные с помощью растрового электронного микроскопа: а — поверхностный рельеф и структура поперечного сечения пленки CdS, нанесенной методом вакуумного испарения, непосредственно после ее осаждения; б — поверхность CdS после травления; в — поверхностный рельеф пленки Cu2S, выращенной на травленой поверхности CdS.
Пленки, образующиеся в результате химической реакции в твердой фазе, значительно отличаются по форме от пленок, создаваемых с помощью мокрого процесса. Они имеют плоский поверхностный рельеф и не содержат выступов в области границ зерен [14—16, 21]. Касперд и Хилл [21] отмечали, что в солнечных элементах, изготовленных сухим методом, глубина проникновения Cu2S в слой CdS в области границ зерен не превышает 1 мкм.
Особенности морфологии солнечных элементов, при создании которых слой CdS осаждается методом пульверизации с после-
Солнечные элементы на основе сульфида меди
231
Рис. 4.3. Микроснимки, полученные с помощью растрового электронного микроскопа: а — поверхностный рельеф нелегированной пленки CdS, нанесенной методом пульверизации с последующим пиролизом; б — поверхностный рельеф пленки CdS, легированной алюминием; в — поверхность раздела Cu2S—CdS солнечного элемента, изготовленного методом пульверизации в сочетании с мокрым химическим процессом, после удаления пленки Cu2S посредством травления в KCN; г — пленка Cu2S, отделенная от тонко* пленочного солнечного элемента со структурой Cu2S—CdS, полученного методом пульверизации в сочетании с мокрым процессом.
дующим пиролизом, а слой Cu2S формируется мокрым методом, определяются различиями в структуре пленки CdS [26, 41, 47,
48]. На рис. 4.3 представлены полученные с помощью растрового электронного микроскопа снимки беспримесных пленок CdS, нанесенных посредством пульверизации с последующим пиролизом, и пленок CdS, легированных алюминием. Нелегированные пленки CdS, выращиваемые при температуре 380 °С,
232
Глава 4
обладают ориентированной структурой ?49]. Несмотря на то что легирование, как правило, приводит к нарушению преимущественной ориентации, при низкой концентрации примеси степень ориентации пленок CdS повышается. Поверхность нелегированных пленок CdS состоит как бы из множества узелков, в то время как пленки CdS, содержащие в качестве примеси алюминий, имеют преимущественно лабиринтную структуру [26, 47—
49]. Пленки GdS с переменной концентрацией легирующей примеси (А1) и двухслойные пленки, состоящие из сульфида кадмия, легированного алюминием, и беспримесного CdS, также обладают поверхностным рельефом лабиринтной формы [26, 41, 48, 49]. Узелки представляют собой пустотелые полусферы [47,
50], образованные тонким слоем материала, состоящего из микрокристаллитов размером 0,1 ... 0,5 мкм. Следует отметить, что алюминий по существу не является легирующей примесью по отношению к CdS: его наличие приводит к образованию А1203> выделение которого на участках поверхности между узелками способствует формированию лабиринтной структуры [26, 30, 48].
В процессе окунания слоя CdS, получаемого пиролитическим методом, на поверхности каждого узелка образуется пленка Cu2S, имеющая в целом трехмерную сетчатую структуру [39, 47]. Легированные пленки CdS с неоднородным профилем распределения концентрации алюминия оказываются более плотными и благодаря присутствию А120з почти не содержат трещин и полостей, характерных для беспримесных пиролитических пленок CdS. Вследствие этого Cu2S проникает в легированные пленки CdS на меньшую глубину [26, 30, 49], что позволяет использовать пленки CdS толщиной не более 3...5 мкм. Полученное с помощью растрового электронного микроскопа изображение поверхности раздела Cu2S—CdS солнечного элемента, изготовленного методом пульверизации с последующим пиролизом, после удаления пленки Cu2S путем химического травления в KCN приведено на рис. 4.3, в. В отличие от структуры, показанной на рис. 4.3, а, здесь видна сетка, пронизывающая поверхность узелков. Она образована теми областями между зернами, которые были заполнены сульфидом меди. На рис. 4.3, г представлен микроснимок свободной пленки Cu2S (отделенной от такого элемента) при ее рассмотрении со стороны, прилегавшей к слою CdS.
Пленки CdS, получаемые ионным распылением [32], даже при очень малой толщине обладают более высокой сплошностью, чем пленки, осаждаемые методом вакуумного испарения, однако в обоих случаях образуются пленки с ориентированной структурой. Хилл и др. [32] сообщали, что пленки Cu2S, формирующиеся при проведении химической реакции $ твердой фазе в поверхностном слое сульфида кадмия, нанесенного посредством ионного распыления, имеют плоскую форму, а глу-
Солнечные элементы . на основе сульфида меди
233
'^dslcu^
^ Лройетпякмее покрытие u.3 5lO Контактная сетка из Аи. Cu2S CdS Zn Си
Контсштнпя сеткй
Слой, метола
Стекло
Рис. 4.4. Схематическое изображение микроструктуры тонкопленочных солнечных элементов на основе Cu2S—CdS, создаваемых методами испарения в сочетании с мокрым процессом (а), испарения в сочетании с сухим процессом (б) и пульверизации в сочетании с мокрым процессом (б).
