1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 48

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 48)

4.3 представлены полученные с помощью растрового электронного микроскопа снимки беспримесных пленок СдЯ, нанесенных посредством пульверизадии с последующим пиролизом, и пленок СЮ, легированных алюминием. Нелегированные пленки Сг18, выращиваемые при температуре 380 'С, гзг 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 СЙЬ повышается.

Поверхность нелегированных пленок С68 состоит как бы из множества узелков, в то время как пленки Сг)5, содержащие'в качестве примеси алюминий, имеют преимущественно лабиринтную структуру [26, 47— 49). Пленки Сд5 с переменной концентрацией легирующей примеси (А1) и двухслойные пленки, состоящие из сульфида кадмия, легированного алюминием, и беспримесного С65, 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 О,1...

0,5 мкм. Следует отметить, что алюминий по существу не является легирующей примесью по отношению к С65: его наличие приводит к образованию А!вОв, выделение которого на участках поверхности между узелками способствует формированию лабиринтной структуры [26, 30, 48). В процессе окунания слоя СИЗ, получаемого пиролитическим методом, на поверхности каждого узелка образуется пленка Сив5, имеющая в целом трехмерную сетчатую структуру [39, 47).

Легированные пленки С58 с неоднородным профилем распределения концентрации алюминия оказываются более плотными и благодаря присутствию А!вОв почти не содержат трещин и полостей, характерных для беспримесных пиролитическнх пленок С55. Вследствие этого Снв5 проникает в легированные пленки Со3 на меньшую глубину [26, 30, 49), что позволяет использовать пленки С68 толщиной не более 3... 5 мкм. Полученное с помощью растрового электронного микроскопа изображение поверхности раздела Снв5 — СЮ солнечного элемента, изготовленного методом пульверизацни с последующим пиролизом, после удаления пленки СивЯ путем химического травления в КС)4 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 Сив8 (отделенной от такого элемента) при ее рассмотрении со стороны, прилегавшей к слою СЮ. Пленки С65, 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 н др.[32) сообщали, что пленки Снв5, формирующиеся при проведении химической реакции В твердой фазе в поверхностном слое сульфида кадмия, нанесенного посредством ионного распыления, имеют плоскую форму, а глч- Солнечные элементы ив основе сульфидв меди Пигстсепяюшм ппкрыпис ы 5со Кпнпеипнпп ссвиг ы Ач Скг5 СК5 Лп Сч -5со кснтпкмнпя ссекп С"гз СИ5 Ая — Сс Сспскпп .Сппс истпппп . -Ск,з .-СЛ5 Счз:А! 5пО.

5Ь вЂ” — Смскпп Рис. 4.4. Схемвтическое изоорпжеиие микроструктуры тонкопленочных солнеяных элементов нв основе Спяз — Сг)Б, совдвваемых методами испарения в сочетании с мокрым процессом (а), испарения в сочетании с сухим процессом (б) и пульверизвции в сочетании с мокрым процессом (в). банц проникновения Сито вдоль,.границ зерен меньше, чем при использовании пленок СЮ, полученных )тетодом испарения. На основе результатов исследований микроструктуры тонко-. пленочных солнечн(дх элементов с гетеропереходом СптЬ вЂ” Сс(5 были разработаны физические модели элемертов, создаваемых ризличными методами. На рис., 4.4 схемитинески изображены поперечные сечения элементов следующих типов: СдЬ (вакуумное испарение) — Соха (мокрый процесс), Сдо (вакуумцое испарение) — Сиз8 (рухой процесс) и СЮ (пульверизация с последующим пиролизом) — СцзЯ. (мокрый процесс) 4.3.2 Анализ состава Согласно.имеющимси публика)4йядл, иэунвниюс ~есссткзва, еол.

печных элементов -нц.основе СпзЯ вЂ” Сс)8 иоввящвно, ирбельщс)е ЧИСЛО,.рабат, Црпотранетааиииа .рценрЕДЕЛВИИа смОМРВ Сц,.ц (~С) гЗ4 Глава 4 определялось путем измерения с помощью флуориметра интенсивности линий К„-серий характеристических рентгеновских спектров при сканировании в продольном направлении областей элементов, содержащих несколько границ зерен [51].

Было установлено, что спектры излучения Сн и Сд чередуются при перемещении сканирующего луча, что свидетельствует о ярко выраженной сегрегации СпвЗ в области границ зерен и согласуется с результатами структурного анализа. Аналогичные данные получены Мукерджи и др. [46] при исследовании методом катодолюминесценции образцов Сн,5 — Сб5 после создания косого шлифа.

Цэнг и Гринфилд [52], изучавшие методом оже-спектроскопии распределение химических элементов в структурах Снв5 — Сд5, изготовленных с помощью мокрого процесса, сообщали, что в поверхностном слое помимо 5 и Сн содержится большое количество О, С, С! и Сд. Полагают, что 0 и С проникают в слой СнвЬ при выдержке образцов на воздухе, наличие же С! и Сд связано с особенностями процесса окунания.

Установлено также, что слой Сп„5 солнечных элементов, имеющих высокий коэффициент заполнения вольт-амперной характеристики, состоит в основном из халькоцита и некоторого количества дюрлита. При недостаточно высоком содержании халькоцита элементы имеют плохие характеристики. Толщина слоя халькоцита уменьшается со временем вследствие диффузии меди в слой Сд5 и к поверхности структуры и ее последующего окисления.

Как показали исследования методами электронной спектроскопии для химического анализа и оже-спектроскопии [13], аналогичные процессы происходят к в пленках Снв5, получаемых посредством окунания монокристаллического сульфида кадмия. Сн, Сд, 5, С1, 0 и С былиобнаружены на поверхности образцов как непосредственно после их приготовления, так и после термообработки на воздухе, однако термообработка приводит к тому, что отношение концентраций атомов Сд и Сн значительно повышается. Установлено, что отожженные образцы содержат серу в двух валентных состояниях (в виде 5 и 504в — ). В образцах, прошедших термообработку, кадмий присутствует в глубине слоя Снв5, в то время как непосредственно после их изготовления Сд содержится только на поверхности.

При удалении слоя Снв5 ионным травлением на поверхности раздела были обнаружены узелки меди. Пфистерер и др. [53) опубликовали результаты исследований (методами оже-спектроскопии и электронной спектроскопиидля химического анализа) высокоэффективных солнечных элементов на основе Снв5 — Сб5, созданных с помощью мокрого процесса, а затем подвергнутых термообработке после нанесения на ихповерхность пленки меди.

Данные, полученные этими авторами, свидетельствуют о том, что медь присутствует в элементах в основном в одновалентном состоянии, сера существует в виде 5'-, Солнечные «лементы на основе сули~вида меди 235 а на внешней поверхности СнзЬ имеется оксидный слой. Наличие кислорода в виде 0~ означает, что в высокоэффективных солнечных элементах оксидный слой состоит из СиаО, а не из СиО.

Данные о существовании в элементах соединения Сп50с отсутствуют. Саткевич и Чарлз [54[ провели анализ состава образцов Спу5 — С55 (полученных посредством окунания) методом масс- спектроскопии вторичных ионов, который показал, что после каждой технологической операции в процессе изготовления образцов профили распределения входящих в нх состав химических элементов (Сп, Сд и $) изменяются. Причина этих изменений, вероятно, связана с образованием следующих соединений: Спу50л Н50 — на поверхности Сп25, Сп5 или СиΠ— на границе раздела СнзЬ вЂ” Сб5 и (или) СдΠ— на поверхности С45 до формирования перехода.

В слоях С45 и Сиу5 обнаружены такие примеси, как Ре, Мп, 11, 5[а, Са, К н 51. При продолжительной выдержке образцов на воздухе концентрация СпОНа повышается, что свидетельствует о возможности проникновения в них НуО. Исследование распределения химических элементов по толщине пиролитических пленок СдБ методом оже-спектроскопии [26[ показало, что в пленках, не содержащих алюминия, кислород отсутствует, тогда как хлор обнаружен в беспримесных пленках Сд8 и в пленках, легированных алюминием. Полагают, что наличие хлора является следствием внедрения остаточного хлора из распыляемого раствора, в состав которого входит СдС1ь Установлено, что в легированных пленках Сб5 алюминий присутствует в виде соединения А150а. Согласно данным де Велде [14[, концентрация Сд в пленках Сиу5, выращенных с помощью реакции замещения в твердой фазе, ниже предела разрешения аналитического оборудования, и, следовательно, при сухом методе изготовления элементов слой СиуЬ и область р — л-перехода отличаются более высокой степенью чистоты.

Характеристики

Список файлов книги