Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
200 Wrs,r 200 WT,?C
Рис. 5.5.3. Зависимость электрических свойств легированных пленок a-Si ¦ II от температуры подложки [75] шенок . м >г
5 10 50 100 - 5 10 50 100
WB4,Bm
Рис. 5.5.4. Зависимость электрических свойств легированных пленок a-Si : Н от мощности ВЧ разряда [ 75]:
a - PH3/SiH4 (7 - 0,5%; 2- 3.0%); б - B2H6/Sill4 (i - 0,5%)
близкой к ширине запрещенной зоны, что указывает на увеличение плотности состояний вблизи края зоны. Такая зависимость от Гпоцл для слоев р-типа наводит на мысль, что легирование бором плазменной реакцией из смеси газов В2 Н6 — 5Ш4 должно быть более поверхностно реакционно-активным, чем аналогичное легирование фосфором из смеси РНз— 8Ш4.
Мощность ВЧ разряда плазменной реакции влияет на электрические свойства как нелегированных, так и легированных слоев. На рис. 5.5.4 представлены свойства легированных слоев, полученных при различных плотностях мощности ВЧ тлеющего разряда (давление газовой смеси ~ 200 Па, Тпоал = 300 °С). В аморфном состоянии, фиксируемом рентгенографически, наиболее предпочтительными по своим электрическим свойствам являются пленки п- и р-типов, полученные при возможно меньшей мощности ВЧ разряда, поскольку они обладают высокой проводимостью и низкой энергией активации.
В то же время, как показано на рис. 5.5.4, а электрические свойства слоев /г-типа, осажденных при более высоких плотностях ВЧ тлеющего разряда, аналогичны свойствам кристаллического кремния. Микрокристаллическая база идентифицировалась при проведении рентгеновского исследования и исследовании спектров комбинационного рассеяния. Размер кристаллитов был оценен величиной 60-100 А. Электрические свойства таких микрокристаллических слоев составляли: темновая проводимость 10° - 101 См/см, энергия активации 0,02 эВ.
18 - 537
273
272
Характеристики a-Si: Н солнечных элементов, изготовленных при различных температурах подложки
Исследовались темновая проводимость и энергия активации слоев a-Si: Н толщиной 0,6-1,0 мкм, приготовленных ВЧ тлеющим разрядом на стеклянных подложках при различных температурах.
Основными оптическими и электрическими свойствами легированных и нелегированных аморфных слоев, осажденных при малых плотностях ВЧ мощности, являются следующие:
1) и-слои, осаждаемые при Гпоцл >200°С, имеют темновую проводимость > 10_3 См/см и почти постоянную энергию активации (0,2 эВ);
2) темновая проводимость и энергия активации р-слоев сильно зависят от температуры подложки; для получения проводимости > 10"3 См/см и энергии активации < 0,2 эВ требуется температура осаждения выше 300 °С;
3) оптические и электрические свойства /-слоя относительно нечувствительны, по сравнению ср- и и-слоями, к температуре подложки. Темновая проводимость, фотопроводимость и оптическая ширина запрещенной зоны г'-слоя, осажденного при 250°С, составляют соответственно 10~8 — 10" 7 См/см, 10-4 См/см и 1,75 эВ.
В a-Si:H солнечных элементах с инвертированной p-i-n/ОИО гетеро-структурой обычно используются р-слой толщиной 500 А и и-слой толщиной 100 А, так что вклад таких тонких слоев в фотоэлектрические свойст-
is
5
\о \ і \ п\0И0 ¦ ¦ ¦ TS,"C m Var. 300 . - t 500, 4000,100 А
150
250
9
? ?
/ \ п\0И0
TS;C300, 200, Var. -t 500, 4000,80'-110 J
_j_
350 150
250
Hepm.
сіл. \p \ i \ n \ ОНО
TS°C Var. 250, 250 . - t 500, 4000,100 A
_l_
350 150
250
350 TS,°C
Рис. 5.5.5. Влияние температуры осаждения (а - г-слоя, б - о-слоя; в - р-слоя) на фотоэлектрические свойства солнечных элементов р-г'-л/оксиды индия - олова на основе a-Si : Н, изготовленных на зеркально полированной пластине [78]: Нерж. ст. - нержавеющая сталь; ОИО - оксиды индия - олова; Var. - переменная
274
в а элементов может отличаться от тех свойств, которые проявляются в описанных выше толстыхр- и и-слоях.
С целью выявления оптимальной температуры получения a-Si: Н-сол-нечных элементов со структуройp-i-n/ОИО слои р-типа (толщиной 500 А), /-типа (5000 А) и и-типа (100 А) последовательно наносились при различных температурах подложки с сохранением постоянной (10 Вт) мощности ВЧ разряда в процессе плазменного осаждения. " -
На рис. 5.5.5 отражено влияние температуры осаждения (Гподл) на фотоэлектрические свойства солнечных элементов на основе р-г'-и/окси-ды индия—олова a-Si: Н, полученных на зеркально-полированной пластине нержавеющей стали.
Сначала р- и и-слои осаждались при 300 °С, температура осаждения г'-слоя изменялась. С повышением температуры осаждения г'-слоя напряжение холостого хода Voc снижалось, а коэффициент заполнения КЗ увеличивался (см. рис. 5.5.5, а). Такое изменение Voc хорошо согласуется с изменением оптической ширины запрещенной зоны в г'-слое, получаемом из измерений коэффициента поглощения. Наибольшее значение к.п.д. было получено в случае осаждения i-слоя в интервале температур 200-250 °С.
Затем (рис. 5.5.5, б) температуры осаждения /- и р-слоев фиксировались соответственно при 200 и 300 °С, а температура осаждения и-слоя изменялась, значение Voc было постоянным — 0,83 В при Гподл 200 °С, а КЗ постепенно снижался при температурах < 250 °С.
