Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
D, мА/см2 б
С кремния Si и моногидрида кремния с в системе для высокочастотного ион-'ока J тлеющего разряда в системе для состав газа — Аг + Н2 (10 %), давле-SiH4 (1 %), давление — 3,6 Па.
ристиками, и изучили параметры плазмы в различных газовых разрядах, применяемых для нанесения пленок а-Si: Н. Эти данные суммированы в табл. 6.1, а на рис. 6.2 представлены зависимости относительной концентрации Si и SiH, присутствующих в системах для высокочастотного ионного распыления и плазменного осаждения, соответственно от напряжения на электродах и плотности тока разряда. Недавно с помощью высокочастотного магнетронного распыления (в системе с плоским катодом) [132] на подложках, имеющих комнатную темпе-
Таблица 6.1. Параметры плазмы
Метод осаждения или вид разряда Концентрация электрически нейтральных частиц, см-3 Состав нейтрального газа Температура газа, К
Высокочастотное ионное распыление Тлеющий разряд постоянного тока Коронный разряд Дуговой разряд ю13... ю1* 101* ... ю18 1018 ... ю19 101в . . . 1018 Н2 (+ инертный газ) SiH4 + Н2 (+ инертный газ) SiH4 + Н2 (+ инертный газ) н2 (+ инертный газ) 300 (тепловое равновесие отсутствует) ^3000 (тепловое равновесие отсутствует) 300 (тепловое равновесие отсутствует) 3000 . . . 6000 (локальное тепловое равнс/-весие)
Солнечные элементы на основе аморфного кремния 305
ратуру, были выращены пленки a-Si: Н, сравнимые по свойствам с пленками, осаждаемыми в тлеющем разряде или получаемыми методом высокочастотного ионного распыления на нагретых подложках.
6.3.5 Влияние подложки
Подложки из таких материалов, как Сг, Ti, V, Nb, Та и Мо, не оказывают существенного влияния на свойства пленок гид-рогенизированного аморфного кремния, поскольку при температурах до 400 °С коэффициент диффузии этих металлов в a-Si: Н, как показали исследования методом оже-спектроскопии, очень мал (коэффициент диффузии молибдена при температуре 450 °С не превышает 10-18 см2/с). Подложки из железа и алюминия можно применять при температурах ниже 300 °С; при температуре около 400 °С коэффициент диффузии Fe и А1 составляет 2 • 10~15... 3 • 10~15 см2/с. При использовании алюминиевых подложек наличие оксидного слоя приводит к неконтролируемому изменению контактного сопротивления и способствует формированию силицида. Некоторые металлы образуют силициды даже при низких температурах. В случае применения подложек из золота и меди происходит взаимная диффузия металла и вещества пленки. Подложки из серебра нельзя использовать из-за слабой адгезии пленок a-Si: Н. Стекла, содержащие щелочные металлы, могут служить источниками легирующей примеси (в a-Si: Н атомы этих металлов
в различных газовых разрядах [23]
Энергия
электронов,
эВ
Степень
ионизации
Материал
катода
Процесс, протекающий на катоде
10 <ш-4 Si
2 ... 5 <10~4 Si
6 ... 8 <10-7 Катод не применяется вследствие эрозии
^10-? Si
Распыление ионами высоких энергий
Ионное распыление (скорость распыления зависит от плотности тока)
Термическое испарение
306
Глава 6
образуют донорные уровни). При осаждении пленок на подложки из плавленого кварца возможность их загрязнения таким способом исключена. Во всех случаях, и особенно при употреблении металлических подложек, непосредственно перед нанесением а-Si: Н желательно провести их очистку с помощью химического или ионного травления.
6.4 Свойства пленок гидрогенизированного аморфного кремния
Свойства пленок а-Si:Н в значительной мере зависят от метода осаждения и условий роста. В данном разделе речь пойдет о структурных, электронных и оптических свойствах, а также о составе пленок а-Si: Н, получаемых различными методами.
6.4.1 Структурные свойства
Предложенная Полком и др. [77] идеализированная модель структуры чистого аморфного кремния представляет собой случайную сетку атомов. Для аморфного кремния (как и для кристаллического) характерно тетраэдрическое расположение: атомов, однако размеры областей с упорядоченной структурой сравнимы с межатомными расстояниями. Исследуя аморфный кремний методом электронографии, Варна и др. [78] установили, что при насыщении его водородом радиальная функция распределения атомов не претерпевает значительных изменений. Лишь в случае рассмотрения пленок а-Si: Н, осаждаемых в тлеющем разряде, появляется дополнительный пик функции распределения, расположенный на расстоянии г = 0,5 нм от атома, принятого за начало отсчета. Наличие этого пика, соответствующего значению угла между связями, равному 45°, позволило сделать вывод о том, что пленки а-Si: Н, выращиваемые в тлеющем разряде, обладают более совершенным ближним порядком структуры, чем пленки аморфного кремния, создаваемые методом вакуумного испарения. Аналогичные результаты получены Моссери и др. [13]. Изучая пленки а-Si:Н, нанесенные в тлеющем разряде, авторы наблюдали пик радиальной функции распределения при г = 0,49 нм (соответствующий значениям углов между связями 35... 45°), появление которого можно объяснить образованием вблизи связей Si—Н колец, содержащих не менее семи атомов кремния. Согласно данным этих авторов, в пленках a-Si: Н при концентрации водорода 33 % координационное число составляет 3,5, тогда как в чистом аморфном кремнии оно равно четырем.
