1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Как видно из рис. 3.21, система Сц — 5 имеет довольно сложную фазовую диаграмму [175]. В табл. 3.1 указаны типы кристаллической структуры и приведены параметры решетки основных фаз Сц.5 [176]. Следует отметить, что в кристаллической структуре различных фаз системы Сц — 5 подрешетка, состоящая из анионов серы, представляет собой жесткую основу кристалла. Подрешетка, образованная катионами меди, принимает различную 177 Физические свойства тонких пленок 110 00 70 дд 50 50 10 1,70 1,00 1,00 2,00 Л Рис.
3.21. Фазовая диаграмма системы Сц — 8 в области составов Со„5, при емлемых дтя создания солнечных элементов со структурой Сцл8 — С88 Дг — дите нит, К вЂ” ковеллит, Тцл — дюрлит, Х, — низкотемпературн ый халькоцит, Х, — высокотемпературный халькоцнт, А — анилит. форму, поскольку очень подвижные катионы Сп могут находиться в нескольких эквивалентных положениях. Независимо от кристаллической структуры сульфида меди его электрические и оптические свойства определяются в основном концентрацией вакансий Сп, т.
е. составом вещества. Сульфид меди всегда обладает проводимостью р-типа. На графиках температурных зависимостей проводимости, постоянной Холла и коэффициента термо-э. д. с. в области повышенных температур (80...300 'С) имеются два разрыва, соответствующие фазовым переходам. Для 8-Сп28 (температурная область стабильности !03,5...435 'С) характерна высокая ионная проводимость, которая не зависит от состава (177, 178].
При конТаблица 8.Д Значения параметров кристаллической решетки различных фаз Сол5 по ЭО О Л О 8ьсд О чо Г я ОВ Л Чдд ОЛ ОЧО »о й йг д Я~ ОЯ ~О ч 5 ач 8 дмэ О О йод 'ЯО Л Л д оч Ч О ЛО ~О Ов Ь ОЯ- Хдлькоцит д я О я О О О О о ч О ч мч О й ЯО О О Ь ОО ОЮ 1,5246 1,571 1,5475 1,1355 1,!884 ( 1,356 ! 1,3494 ! 2,684 1,3356 1,3506 0,3961 ~ 1,1848 2,7330 0,6722 1,3497 0,4008 0,556 а, нм б, нм 1,1268 д, НМ Глава 3 Гта зоо с к а 20 х 1ОО Е; 2 ач 1,99 1,99 1,97 1,96 1,95 л Рис.
3.22. Зависимость потенциала Ел разложения Соха (!) и тока короткого замыкания 1„(2) солнечных элементов со структурой Сцвв — СЖ от параметра х [1791. центрации вакансий меди 3 10'9...8,4 10'9 см з в интервале температур от 150 до 400 'С для проводимости справедливо соотношение [178) о; == (8,9.10м)Т) ехр ( — 0,24 г(йТ). Здесь г) — заряд электрона, и — постоянная Больцмана и Т— абсолютная температура. Установлено, что подвижность вакансий катионов обратно пропорциональна их концентрации и не зависит от температуры. Анализ температурных зависимостей электрических параметров халькоцита Сц25 свидетельствует о высокой концентрации носителей и дефектов.
Вследствие этого получить СцзЗ стехиометрического состава практически невозможно. Действительно, из-за очень низкого потенциала электрохимического разложения происходит самопроизвольное превращение Спев в другие модификации с нарушенной стехиометрией. Зависимость потенциала разложения сульфида меди [179) от состава представлена на рис. 3.22. Очевидно, что для получения высокого потенциала разложения следует выбирать начальное значение х, близкое к 1,995. Подвижность носителей в пленках обычно невелика (3...30 см27(В с)).
В значениях концентрации носителей, опубликованных различными авторами, существует большой разброс. В результате легирования СцвВ индием, кадмием или цинком [178, 180] стехиометрия улучшается и по электрическим и оптическим свойствам сульфид меди приближается к Сп25 стехиометрического состава (см. рис. 3.23).
Эф- 179 Физические свойства тонких пленок фективная масса дырок примерно равна 1,7 то[180],хотя в исследованиях других авторов[175] были получены как более низкое (0,58гпо), так и более высокое (Згпо) значения. Уровень Ферми, который является мт параметром, зависящим от свойств материала, вследствиевысокой концентрации свободных носителей расположен в области, удаленной от х м' края валентной зоны менее чем на 3 йТ. По температурным зависимостям проводимости и постоянной Холла в области низких температур 'з рядом авторов были определены значения энергии активации, которые составили 0,007...0,6 эВ [!75]. С целью выявления механизма рассеяния носителей некоторые авторы проводили исследования температурной зависимости подвижности дырок и установили,что в разных температурных диапазонах реализуются различные механизмы рас- ~о"/ т!т,к) сеяния [175].
Зависимость подвижности дырок от их концентрации, Рнс. 3.23. Температурные за. представленная в логарифмическом знснмостн удельного сопро- тналення рмасснзных образцов масштабе, изобРажаетса ПРЯмой ли- Сц 3 113О) т гнр ан нией, что свидетельствует о рассея- ный СохБ, 2 — СцхБ, легнронии носителей на примесях. Эта за. званый калмнем, висимость показана на рис. 3.24 [180].
Тонкие пленки сульфида меди получают различными методами. Чаще всего при изготовлении солнечных элементов со структурой Сп,5 — С68 осуществляют реакцию замещения при проведении мокрого процесса (окунания) [181, 182] или сухого химического процесса (реакции в твердой фазе) [118, 183].
Для осаждения пленок применяют также вакуумное испарение [!84, 185], активированное реактивное испарение [186], ионное распыление [144], электролитическое осаждение [187, 188] и пульверизацию с последующим пиролизом [189]. Далее будут рассмотрены свойства тонких пленок Спк5. 3,2,9.1 Структурные свойства Кристаллическая структура пленок сульфида меди определяется главным образом их составом, Особенности микроструктуры пленок Спх5 зависят от вида подложки, метода выращи- Глава 3 20 в ав 022 2 2 -2 Рис.
3.24. Звписиь2ость подвиж22ости дырок р от их концентрации р в мас- сивных оорвзцах похе []80]. вания и параметров процесса осаждения. Пленки СпхБ, получаемые в результате реакции замещения в процессе окунания, имеют развитую микроструктуру, как это видно из рис. 1.9 и 4.3. Поверхностный рельеф пленки СцхЬ воспроизводит рельеф расположенного под ней слоя СЮ, который осаждают вакуумным испарением илн ионным распылением. Поэтому пленка СихВ и исходный слой С0]Ь состоят нз зерен одинакового размера. При проведении мокрого процесса быстрая диффузия ионов меди в области границ зерен приводит к тому, что на этих участках СцхЯ проникает в глубину слоя СЮ.
Микро- структура получаемого таким способом слоя Спхб схематически изображена на рис. 4.4. Для электроосажденных пленок Спх$ также характерно глубокое проникновение сульфида меди в слой СЮ вдоль границ зерен. В отличие от пленок СихЯ, выращиваемых в растворе, пленки, образующиеся в результате реакции в твердой фазе, имеют плоскую поверхность. При осуществлении как сухого, так и мокрого процесса химическая реакция протекает в приповерхностной области базового слоя СЮ. В обоих случаях отличительная особенность реакции такого типа состоит в том, что при наличии преимущественной ориентации зерен СЮ наблюдается строго ориентированный рост поверхностной пленки Спту.
В получаемых при этом пленках СцхЯ ось с направлена перпендикулярно плоскости подложки. 3.2хл2 Электрические свойства Электрические свойства тонких пленок Сп„Я, как и свойства массивных кристаллов сульфида меди, зависят в основном от их состава и, следовательно, от метода и условий осаждения. Пленки, получаемые посредством окунания, как правило, имеют удельное сопротивление 10 — '...10 ' Ом см, концентрацию но- Физические свойства тонких пленок 181 Рис. 3.25. Спектральные зависимости коэффициента пропускания пленок СпхЯ различной толщины, почученных методом вакуумного испарения 1!851.
! — О,!3 мкм, 2 — 0,25 мкм, 3 — 0,33 мкм, 4 — 0,45 мкм, 5 — О,б мкм. 3.2ккз Оптические свойства Оптические свойства пленок Сцз5 определяются главным образом их составом. В настоящее время установлено, что в халькоците происходят прямые оптические переходы, которым соответствует ширина запрещенной зоны 1,2 эВ, и, возможно, также непрямые переходы при ширине запрещенной зоны 1,8 эВ. При отклонении состава от стехиометрического ширина запрещенной зоны увеличивается.
Спектральные зависимости коэффициента пропускания пленок Си„5, получаемых вакуумным испарением и имеющих различную толщину (и, следова- сителей 10"...10" см ' и подвижность носителей 1...5 смз/ (В с). Состав пленок Сц,5, выращиваемых сухим методом, в большей степени приближается к стехиометрическому; их удельное сопротивление равно й 0,1...1 Ом.см при концентрации носителей порядка !Огэ см ' : м и подвижности носителей 5 см'/ (В с).
Следует отметить, что в пленках сульфида меди, представляющего собой вырожденный полупроводник р-типа, концентрация носителей определяется количеством вакансий меди, слэ чз г л, ° т. е. составом вещества. Коув и др. [185) провели детальное исследование влияния состава пленок Сп„5 (осаждаемых методом вакуумного испарения) на удельное сопротивление. Установлено, что состав пленок зависит от их толщины, и в диапазоне 1,89 (х~ 1,95 удельное сопротивление изменяется от 10 †' до !О' Ом см. На характер температурной зависимости удельного сопротивления влияют состав и, следовательно, толщина пленки (см.
рис. 3.26). Отжиг пленок сульфида меди в водороде приводит к повышению удельного сопротивления н улучшению стехиометрии, в то время как отжиг в кислороде дает противоположный эффект. Диффузионная длина неосновных носителей в пленках Сиз8, получаемых различными методами, лежит в пределах от 0,05 до 0,5 мкм. Дилман [190) отмечает, что диффузионная длина неосновных носителей вдоль оси с больше, чем в направлении, перпендикулярном оси с.
Глава 3 182 5 1о о 4 2 Вт, эв 1о-3 3 7 1зэгт [т, К) на ис. 3.25, а соответРазнын состав) Р ствующие им з зависимости квадрата коэ показаны на рнс. 3.27. аз от энергии фотонов )гт показ ин ия (Сп!поет) 3.2.10 Селенид меди и инди ( п е енной зоны массивных образцов кольку ширина запрещеннои ос — е к оптимальному (с точки С Б~ — С03 (101) имеют близкое к опти п еоб азования энерг зрения ния эффективности прео р п изнано перспекти ктивным и для солнеч- тлупр оводников, которое р леночном исполне нии.
Степень несооэлементов в тонкопле й щетки для поверхности ных к исталлическо реш та ней С $ СЖ с ориентацией (000!) и поверхнос Р с. 3.26. Температурные зависимос- ис. ти уде дельного сопротив Сп 3 азличной толщины, по. у- олак мнОГО нспаре — 2 — 0 25 ния [1851. 1 — 0,17 мкм, мкм, , 3 — 0,36 мкм, 4 — 0,45 мкм. 3 27, Зависимости квадра~~ Рис. ня и пленок коз ипиента поглощения С Б, полученных методом у вак умах, п ного испарения, от энер гни отойов ат [1851 для пленок различной толщины (обозначения кривых см.
в подписи рис. 3.25). Фивинеские свойства тонкик пленок 188 (112) составляет 1,16 %. Тонкие пленки Сц!п5ет получают различными методами, в том числе вакуумным испарением [192, 193, 195, 196], высокочастотным ионным распылением [194], дискретным испарением [197, 198], пульверизацией с последующим пиролизом [199] и молекулярно-лучевой зпитаксией [200]. 3.2.10.1 Структурные свойства Пленки Сц!п5еги осаждаемые на подложки, нагретые до 500 К, с использованием одного испарителя, представляют собой однофазные системы с наличием преимущественной ориентации оси с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
