Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 5.5.6. Морфология поверхности различных подложек и нанесенных на них слоев a-Si : Н:
I - поверхность различных подложек; II - поверхность нанесенных на подложки a-Si : Н слоев р-типа толщиной 500 А; /// - поверхность нанесенных на слои б a-Si : Н слоев /-типа толщиной 5000 А [781
277
ной пластины нержавеющей стали (а), напыленных слоев нержавеющей стали на пластине нержавеющей стали (о) и на термически обработанной полиимидной пленке (в). Слои напыленной нержавеющей стали склонны к образованию островковоподобной структуры, зависящей от гладкости поверхности подложки. Поверхность напыленного слоя нержавеющей стали на полиимидной пленке более грубая, чем на зеркально-отполированной пластине нержавеющей стали. Размер доменов напьшенной пленки нержавеющей стали определяется шероховатостью исходной поверхности подложки.
Тонкая структура поверхности слоев нержавеющей стали определяет рост слоев a-Si : Н р-типа. На рис. 5.5.6, б ив соответственно представлены СЭМ-фотографии слоев р-типа толщиной 500 А и затем осажденных на них слоев /-типа толщиной 4500 А. Видно, что структура поверхности осажденной пленки a-Si ; Н зависит от структуры поверхности слоя 'нержавеющей стали, а шероховатость возрастает с увеличением толщины слоя a-Si : Н. Шероховатость слоя a-Si : Н толщиной 5000 А на зеркально-отполированной пластине нержавеющей стали оценивается в несколько сотен ангстрем, а слоя a-Si : Н той же толщины, но на напьшенной нержавеющей стали поверх термически обработанной полиамидной пленочной подложки — в несколько тысяч ангстрем.
Тенденции в изменении к.п.д. и / , представленные в табл. 5.5.2,час-тично, по-видимому, связаны с морфологическими особенностями подложки и слоев a-Si : Н (их значения снижаются с увеличением размеров доменов слоя a-Si : Н и шероховатости подложки). В литературе [76] отмечалось, что неоднородность толщины каждого слоя a-Si ; Н и шероховатость поверхности приводят к уменьшению Vqc, Jsc, КЗ и к.п.д. солнечных элементов.
Влияние микрокристаллического п-слоя в инвертированном p-i-n/ОИО-солнечном элементе
Авторы настоящей статьи считают, что с точки зрения получения более высокого к.п.д/ солнечных элементов контроль шероховатости подложки должен быть одним из наиболее важных вопросов.
Микрокристаллический (МК) легированный фосфором слой, получаемый разложением газовой смеси SiH4-PH3 Н2 при больших мощностях ВЧ тлеющего разряда, вызвал большой интерес, объясняемый его высокой проводимостью и малой энергии активации (см. рис. 5.5.4, а). Такой микрокристаллический слой гс-типа был использован в качестве широкозонного окна в p-i-n/ОИО солнечных элементах на основе a-Si: Н. В этих элементах было достигнуто существенное повышение к.п.д. [48].
В настоящей работе предпринята попытка получения МК-га-слоя плазменным осаждением. При этом особое внимание обращалось на содержание SiH4 в Н2 и общее давление газа.
На рис. 5.5.7 показано изменение темно вой проводимости и энергии активации в зависимости от мощности ВЧ разряда при осаждении легированного фосфором слоя из разбавленной водородом (3,3 % объемн.
278
5иТ4) газовой смеси, содержащей 1 % (объемн.) РН3 по отношению к 5нЧ4. При значениях мощности > 100 Вт темновая проводимость увеличивается от 10~4 до 8,0 См/см, а энергия активации снижается от 0,2 до 0,02 эВ.
На слоях /-типа толщиной 0,5 мкм были осаждены слои микрокристаллического кремния гс-типа различной толщины при мощности ВЧ
Рис. 5.5.7. Темновая проводимость и энергия активации слоя л-типа в зависимости от мощности ВЧ разряда [78]; / - 51н4/Н2 = 1/10; 2 - 1/30
3 10 30 100 300W,H,Bm
разряда 200 Вт. Поверхностное сопротивление такого слоя толщиной 150 А изменялось от 2 • 108 до 2 • 105 Ом/П. Измерения проводились в темноте с целью устранения влияния фотопроводимости слоя /-типа. Последнее значение является почти таким же, которое получается из измерения проводимости МК слоя /г-типа толщиной ~ 1,0 мкм.
Кроме того, методом Оже-электронной спектроскопии было показано, что содержание фосфора в МК слое и-типа составляло половину от его содержания в аморфном и-слое [78]. Также сообщалось [77], что в толстых слоях Si : Н и-типа, осажденных при высокой мощности разряда, отношение атомных содержаний P/Si ниже, чем в слое аморфного кремния н-типа. Это находится в согласии с тем фактом, что эффек-
Таблица 5.5.3. Характеристики солнечных элементов на основе мк-р-і-п/ОИО [ 78]
Показатель Подложка
пластина нержавеющей полимер/напыленная
стали нерж.ст.
Площадь элемента, см2 0,09 1,0 0,09 1,0
(ос,В 0,872 0,877 0,903 0,918
7_,,,мА/см2 12,3 10,1 10,6 10,2
КЗ 0,606 0,626 0,616 0,550
Кпд ';; 7,03 6,00 6,36 5,57
* В условиях АМ-1 (/>.„ = 92,5 мВт/см2).
279
тивность легирования фосфором МК-слоя н-типа выше, чем аморфного слоя и-типа. Необходимы более детальные исследования эффективности легирования фосфором.
Слои MK-Si использовались в солнечных элементах на основе р-і-п/ОИО на подложках из полимерной пленки с напыленным слоем нержавеющей стали и из зеркально-отполированной пластины нержавеющей стали. С целью получения солнечного элемента с эффектом широкозонного окна последовательно наносились аморфный слой р-типа толщиной 500 А и слой /-типа толщиной 4500 А при 7'подл = 200 °С и мощности ВЧ разряда 10 Вт. Затем формировался микрокристаллический слой и-типа толщиной 120 А посредством разложения в ВЧ плазме мощностью 200 Вт при Т = 200 °С. ґ подл
