Главная > Разное > Тонкопленочные солнечные элементы
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

3.2.3 Теллурид кадмия (CdTe)

Пленки получают вакуумным испарением [63, 64], ионным распылением [63, 65, 66], эпитаксиальным осаждением методом «горячих стенок» [67], пульверизацией с последующим пиролизом [63, 65], с помощью нескольких вариантов газотранспортного метода [63, 65, 66, 68, 69], газотранспортным методом в квазизамкнутом объеме [63, 65, 70—72], посредством трафаретной печати [73, 74] и методом химического осаждения из раствора [75].

3.2.3.1 Структурные свойства

Пленки осаждаемые вакуумным испарением при комнатной температуре [64], согласно результатам рентгеноструктурного анализа, кристаллизуются в кубической решетке и содержат небольшое количество свободного теллура. Для пленок, создаваемых при более высокой температуре (150 или 250 °С), характерны гексагональная структура и отсутствие теллура в свободном состоянии. Пленки, полученные при комнатной температуре, после отжига при 300 °С имеют такие же рентгенограммы, как и пленки, нанесенные при температуре 300 °С. Барбе и др. [66] отмечали, что пленки конденсирующиеся при ионном распылении поликристаллической мишени, обладают поликристаллической структурой и содержат зерна столбчатой формы, предпочтительное направление роста которых перпендикулярно плоскости подложки. Зерна состоят из многочисленных двойников с характерными размерами которые образуют чередующиеся слои с гексагональной плотноупакованной и кубической гранецентрированной решетками, расположенные вдоль вытянутых зерен. В случае совместного ионного распыления мишеней из при низкой температуре подложки (20 °С) осаждаются пленки с гексагональной структурой, а при повышенной температуре — со смешанной (кубической и гексагональной) структурой. При еще более высокой температуре подложки (350 °С) пленки кристаллизуются только в кубической структуре. Однако, если повысить напряжение на мишени из то в пленках увеличивается содержание гексагональной фазы и их структура становится менее упорядоченной,

а при температуре подложки 350 °С образуется другая, высокотемпературная гексагональная фаза. Пленки, осаждаемые газотранспортным методом [68], всегда имеют поликристаллическую структуру, и средний размер их зерен возрастает при увеличении температуры подложки. При температуре могут быть получены зерна размером 20 ... 30 мкм, а при 600 °С - 50 мкм и более. Согласно результатам Мимила-Аройо и др. [72], при осаждении на монокристаллические подложки из газотранспортным методом в квазизамкнутом объеме всегда наблюдается ориентированный рост поликристаллических пленок. Размер зерен существенно зависит от состояния поверхности подложки (изменяемого химическим или термическим травлением, осуществляемым перед осаждением пленки), температуры подложки и скорости роста пленки. Влияние ориентации подложки на особенности эпитаксиального роста пленок осаждаемых в квазизамкнутом объеме, изучалось Фаренбрухом и др. [63, 71]. Если ось с кристаллической решетки сульфида кадмия, из которого состоит подложка, перпендикулярна плоскости роста пленки, то образуется ярко выраженная эпитаксиальная структура, при этом направление кубической решетки параллельно оси с решетки Зерна имеют форму усеченной пирамиды со стороной основания 50 мкм и высотой около 5 мкм. При повышении температуры размер зерен обычно увеличивается. Предварительное термическое травление подложки при температуре 750 °С способствует строго ориентированному эпитаксиальному росту пленки и образованию зерен размером, достигающим 50 мкм и более. Если перед осаждением пленки температура подложки поддерживается на постоянном уровне, соответствующем температуре роста эпитаксиальной пленки, то формируются более мелкие зерна (размером - 20 мкм). В том случае, когда перед осаждением пленки и на начальных стадиях ее роста подложка имеет низкую температуру, зерна становятся еще мельче При нанесении методом трафаретной печати образуются пленки, содержащие кубическую фазу и состоящие из зерен размером около 10 мкм. Свободная поверхность пленки пронизана порами, в то время как область вблизи границы раздела пленки с подложкой оказывается более плотной. Слои осаждаемые электролитическим методом [75], прочно соединены с поверхностью подложки, и для получения высококачественной кристаллической структуры не требуется термообработки.

3.2.3.2. Электрические свойства

Удельное сопротивление пленок осаждаемых ионным распылением [66] на подложки с низкой температурой в условиях, когда напряжение к мишени из не приложено,

составляет около . Если на кадмиевую мишень подается высокое напряжение смещения, то удельное сопротивление пленок снижается до 1 Ом «см. При высоких температурах осаждения удельное сопротивление обычно превышает . Пленки, получаемые из материала мишени, легированного индием, также оказываются высокоомными даже при интенсивной диффузии в пленке, что свидетельствует о низкой электрической активности этой легирующей примеси. В легированных индием эпитаксиальных пленках осаждаемых методом «горячих стенок» [67] на подложки, нагретые до 480 ... 500 °С, со скоростью 1 ... 3,7 мкм/ч, подвижность носителей заключена в диапазоне а их концентрация составляет около Пленки получаемые на подложках, подвергавшихся термическому травлению, имеют значительно более высокую подвижность носителей, достигающую Концентрация носителей в этих пленках равна . В пленках, нанесенных на подложки после термического травления, выявлено наличие температурной зависимости подвижности носителей, что является следствием их рассеяния на границах зерен. Темновое удельное сопротивление пленок осаждаемых газотранспортным методом на инородные подложки [68], превышает . При использовании в качестве источника легирующей примеси или могут быть получены пленки -типа с концентрацией носителей около Однако вследствие травления поверхности пленки теллурида кадмия концентрацию носителей нельзя увеличить путем повышения уровня легирования. Подвижность носителей в этих пленках составляет а эффективная диффузионная длина дырок внутри зерен, согласно измерениям, равна Следует отметить, что при проведении процесса осаждения в атмосфере гелия благодаря более слабому травлению получены пленки с концентрацией носителей порядка и подвижностью в пределах При использовании в качестве легирующих примесей или образуются пленки -типа, обладающие высоким удельным сопротивлением. Низкоомные пленки получают при одновременном легировании йодом и галлием [69]. Эпитаксиальные пленки выращивают методом газотранспортного осаждения в квазизамкнутом объеме на легированных индием монокристаллах используя в качестве источника материала пленки теллурид кадмия, легированный мышьяком [72]. Согласно результатам измерений термо-э.д.с., в пленках полученных на подложках из сапфира методом газотранспортного осаждения в квазизамкнутом объеме, концентрация дырок равна а их подвижность, ограниченная рассеянием на границах зерен, изменяется от (при 270 К) до

таксиальные пленки выращенные на монокристаллических подложках из имеют в раз более низкое удельное сопротивление. Для слоев CdTe (толщиной 10 мкм), создаваемых печатным методом, характерно удельное сопротивление Ом см, близкое к удельному сопротивлению массивных образцов которые служат исходным материалов для получаемой пленки [73].

3.2.2.3 Оптические свойства

Оптические постоянные тонких поликристаллических пленок в диапазоне длин волн от 0,3 мкм до 3,0 мкм определены Тутупалли и Томлином [64] с использованием измеренных значений коэффициентов отражения и пропускания пленок при нормальном падении излучения. Анализ данных по поглощению излучения в пленках показывает, что ширине запрещенной зоны, равной 1,50 эВ, соответствуют прямые оптические переходы, а энергия спин-орбитального расщепления в валентной зоне составляет 0,88 эВ. Возможны также непрямые переходы, которым отвечает ширина запрещенной зоны 1,82 эВ. Спектральные зависимости пленок приведены на рис. 3.11.

Рис. Спектральные зависимости показателей преломления и поглощения пленок полученных методом вакуумного испарения при двух различных температурах подложки [64].

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление