1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 47
Текст из файла (страница 47)
450'С) методом пульверизации с последующим пиролизом прозрачного проводящего слоя ЗпО„, легированного сурьмой. Его слоевое сопротивление составляет 5... 1О Ом/квадрат, а оптический коэффициент пропускания во всей видимой области солнечного спектра приблизительно равен 90 %. На поверхность этого слоя осаждают пленку Хп,Сс(, „5 толщиной 3... 4 мкм посредством пульверизации водного раствора смешанных в определенном соотношении СЙС!ь ХпС!т и С5(Ь)Нт)т (температура подложки поддерживается на уровне 300'С). Отжиг пленки Хп С61 „5, способствую|ций уменьшению ее удельного сопротивления, осуществляют в вакууме при температуре около 300'С в течение 30 мин или в струе водорода при 200'С [27).
Затем для получения слоя Сит5 проводят процесс окунания. Термообработка, необходимая для формирования перехода, представляет собой вакуумный отжиг, температура и длительность которого зависят от состава пленки. Обычно при х=0 температура отжига составляет 250 'С, а его продолжительность— около 5 мин. Сплошной металлический контакт к слою Сп,5 создают на основе серебряной электропроводящей пасты. В качестве омического контакта к Сит5 Сингх [29) использовал многослойную структуру Ац — Сп — РЬ, осаждаемую методом вакуумного испарения. Для улучшения характеристик элементов, получаемых с помощью пульверизации, некоторые исследователи [39, 4Ц осуществляли термообработку после нанесения на их поверхность пленки меди.
Мартинуцци и др. [27), получавшие пленки С65 методом пульверизации с последующим пиролизом при различном отношении концентраций атомов 5 и Сд в распыляемом растворе (изменяющемся от 1 до 3), установили, что при температуре осаждения 380ЯС и отношении концентраций, равном единице, пленки, состоящие из кристаллитов размером -0,5 мкм с преимущественной ориентацией относительно направления (002>, обладают прозрачностью в области длин волн Х>520 нм и, следовательно, могут быть использованы для изготовления солнечных элементов.
Однако в лаборатории авторов наилучшие ре- зультцты были получены при отношении концентраций атомов Я и Сд, равном трем. Следует отметить, что это отношение не влияет на состав пленок С43 а оказывает воздействие только на их микроструктуру. Бодхрадж и др. [26), Мартинуцци и др. [27], а также Джордан [30) в солнечных элементах на аснове СпзЬ вЂ” СбЬ применяли легированные алюминием пленки Сд3 с переменной концентрацией примеси, при осаждении которых осуществлялось плавное изменение концентрации А!С1з, служившего источником легирующсй примеси в распыляемом растворе. Джордан [30) изготовил тонкопленочные солнечные элементы иа основе Сп,Б — С43, используя лишь метод пульверизации.
На стеклянную подложку с покрытием из ЗпО„в первую очередь осаждался слой СдБ толщиной 2 мкм с переменной концентрацией легирующей примеси, а затем в процессе распыления раствора (содержавшего, в частности, уксуснокислую медь и К, й)-диметилтиомочевину) на поверхности С43 при температуре !50 С выращивался слой Сп„5. Характерной особенностью всех методов изготовления солнечных элементов со структурой СпзЬ вЂ” СЙ3 является необходимость проведения термообработки после формирования перехода.
Этот процесс, относящийся к числу наиболее важных технологических операций, будет рассмотрен более подробно в равд. 4.5.1, 4.3 Физические модели В настоящее время установлено, что характеристики солнечных элементов в значительной степени зависят от микроструктуры каждого слоя (тыльного контакта, С43 и Спз3) и морфологии поверхности раздела Сиза — СЮ. Ясное представление о микроструктуре тонкопленочных элементов на основе Сизов Сд5 получено с помощью исследований методами электронной микроскопии. Разработаны различные способы приготовления образцов для изучения поперечного сечения элементов и поверхности раздела СпзЬ вЂ” С43.
Исследование структуры и морфологии наряду с анализом состава и профиля распределения химических элементов по глубине позволяет выяснить ряд вопросов, связанных с формированием перехода и процессами, происходящими при работе солнечных элементов. В данном разделе представлены результаты этих исследований. 4.3.1 Микроструктура Солнечные элементы, создаваемые методами вакуумного испарения и пульверизации с последующим пиролизом, имеют существенно неодинаковые микроструктуру и морфологию. Рассмотрим сначала элементы; изготовляемые с помощью вакуумного. испарения. Солнечные элементы нв.
основе сульфидв меди 229 Ми)»т»1»»цтруктура и поверхностлны»4 рел»тяф.етдв)м С»15 завнк])к 4»ь счРоениЯ повеРхности подложки,' Кйк»»Равилот пРн темнеРатуре осаждения 200'С и выше обраэу1отсяе,»эрйентированные йлен1у» обдадающие столбчатой структурой, с размером зерен в'ве]зхпей иаетй столбиков порядка 3... 5 мкм.'На микроснимках поперечного сечения солнечных элементов на овиове'Сц»5— С»]5, получаемых с помощью растрового и просвечивающего электронных микроскопов, видно, что часть слоя С»15, непосредственно пРилегающаЯ к подложке, состоит из болЬв-мтелких.фанат о]м»ентирован»»ых зерен [42].
Сообщалось [8], что поверхностный рельеф пленок С»]5, осаждаемых на покрытые цинком медные подложки, воспроизводит форму поверхности подложки. При химическом травлении С85 в НС1, осуществляемом перед созданием нрреходеи на поверхности С»[5 появляется пирамидаль,ный рельеф [эЗ, 42 —..46]г Точная форма и размеры пирамид зависят от концентрации травителя, его температуры и продолжительности травления [13, 44, 45].
Для получения оптимальной формы поверхностного рельефа, обеспечивающей благоприятные условия для образования перехода с хорошими характеристиками, необходим выбор соответствующего режима травления [13, 44, 45]. Пленка Сц»5, выращиваемая на поверхности поликристаллического слоя С»15 в процессе реакции замещения при окунании, имеет сложную, значительно отличающуюся от плоской форму. Поскольку при проведении мокрого процесса раствор проникает по границам зерен и трещинам в глубь слоя С»15, пленка Сц»5 помимо тонкой поверхностной области, образующейся в результате диффузии реагентов с наружной стороны С»Ю, содержит многочисленные выступы»преимущественно в попереч]»ом направлении, углубляющиеся в слой СЮ на техлучастьках, где диффузия реагентов в объем С»15 происходит со стороны границ зерен [13, 43 — 45], В этих выступах может быть сосредоточено от 20 до 80 в»о общей массы Си,5, а их длина, иногда превышающая несколько микрометров, зависит от размера зерен, структуры поверхности подложки, на которую наносится слой С»15, а также от параметров процессов травления и окунания.
На рис. 4 2 приведены полученные с помощью растрового электронного микроскопа изображения поверхностного рельефа и поперечного сечения пленки С»15 непосредственно после ее осаждения методом вакуумного испарения. Кроме того, представлены микроснимки поверхности С85 после химического травления и пленки Сцв5, выращенной мокрым методом на поверхности СЙ5, подвергнутой травлению. На рис. 1.9 показаны микроснимки границы раздела Сц»5 — С»15 [после растворения Сн»5 в КСИ), поверхности свободной пленки Сц»5 [со стороны, прилегавшей к слою С85) и поперечного сечения пленки Сц»5.
ззо Глава 4 Рис. 4.2. Микроснимки, полученные с помощью растрового электронного микроскопа; а — поверхностный рельеф и структура поперечного сечения пленки СЙЯ, нанесенной методом вакуумного испарения, непосредственно после ее осаждения; б — поверхность СИЯ после травления; в — поверхностный рельеф пленки Сохз, выращенной на травленой поверхности СдЯ. Пленки, образующиеся в результате химической реакции в твердой фазе, значительно отличаются по форме от пленок, создаваемых с помощью мокрого процесса.
Они имеют плоский поверхностный рсльеф и не содержат выступов в области границ зерен [14 — 16, 2Ц. Касперд и Хилл [2Ц отмечали, что в солнечных элементах, изготовленных сухим методом, глубина проникновения Снх5 в слой СЮ в области границ зерен не превышает 1 мкм.
Особенности морфологии солнечных элементов, при создании которых слой Сг[З осаждается методом пульверизации с после- йз1 Солнечные элементы иа основе сульфида меди Рис. 4.3. Микроснимки, полученные с помощью растрового электронного микроскопа: а — поверхностный рельеф нелегированной пленки Соо, нанесенной методом пульверизации с последующим пиролизом; о — поверхностный рельеф пленки СЙБ, легированной алюминием; в — поверхность раздела Спзз — Сйз солнечного элемента, изготовленного методом пульверизацни в сочетании с мокрым химическим процессом, после уиалення пленки Спзз посредством травления в КСГ4; г — пленка Сп.,з, отделенная от тонкопленочного солнечного элемента со структурой Спзз — Соо, полученного методом пульверизацни в сочетании с мокрым процессом. дующим пиролизом, а слой Сиз5 формируется мокрым методом, определяются различиями в структуре пленки Сг18 [26, 41, 47, 481 На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
