Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
ZnxCdi_.vS Графит, кварц Двойная камера, один испаритель- Тп = 200 . . 250 °С, Ги = 900 . . . 1050 °С, гос = 1 ... 2 мкм/мин
О Тп — температура подложки, Ти — температура испарителя, rQQ — скорость осаждения.
Методы осаждения тонких пленок
47
при выполнении вакуумного оборудования только из металла легко достигается сверхвысокий вакуум с давлением в диапазоне 10~~6.. ЛО-8 Па. Другая стандартная сверхвысоковакуумная система основана на применении ионно-распылительного насоса в сочетании с сорбционным и вспомогательным титановым сублимационным насосами. Криогенные насосы на жидком гелии, работающие по принципу замкнутого цикла, относятся к новым эффективным, но более дорогостоящим системам сверхвысокого вакуума. Следует отметить, что любая вакуумная система имеет индивидуальные особенности, связанные с характеристиками процесса откачки, уровнем вакуума и составом остаточных газов. При этом особенности каждой системы по-своему влияют на процесс конденсации тонких пленок (см. [2]).
Помимо испарителя вакуумная система должна быть снабжена многочисленными дополнительными устройствами. К ним относятся: заслонки, держатели подложек, планетарная система (для равномерного осаждения пленок большой площади), системы регулирования и контроля скорости осаждения и толщины пленок. Дополнительное оборудование должно изготовляться из материалов, совместимых со сверхвысоковакуумной технологией, с учетом их способности к газоотделению и химическому взаимодействию с испаряемыми веществами. Контроль и управление скоростью осаждения пленок обычно осуществляются при помощи кристаллического кварцевого резонатора, ионизационного датчика или соответствующего масс-спектрометра. Толщину пленки определяют путем интегрирования показаний датчика скорости осаждения и другими методами,, например применяя оптический датчик (при осаждении неметаллических пленок). В идеальном случае систему вакуумного осаждения следует оснастить аппаратурой для анализа структуры и состава пленок (см. раздел 2.2.2.2). Ввиду того что вспомогательное оборудование играет важную роль в получении пленок с. требуемыми свойствами, необходимо детальное знание этого оборудования. Мы настоятельно рекомендуем читателям обращаться к работам [1—4], где данные вопросы рассмотрены более подробно.
2,2.2 Эпитаксиальное осаждение
В силу ряда характерных особенностей процесса осаждения (таких, как очень сильное пересыщение паров, специфика кинетики конденсации, резкое изменение скорости испаряемых атомов при переходе в адсорбированное состояние) тонкие пленки по своей основе являются термодинамически неравновесными структурами. Вследствие этого они неизбежно имеют мелкозернистую структуру и содержат большое количество «замороженных» структурных дефектов. Для изготовления солнечных
48
Глава 2
элементов требуются монокристаллические пленки и в крайнем случае пленки, содержащие крупные ориентированные зерна или мозаичные монокристаллы. Что касается мелкозернистых пленок, то необходимо разработать способы пассивации границ зерен для устранения их воздействия на процессы рекомбинации носителей заряда.
При разумном выборе параметров процесса осаждения с учетом свойств конкретных материалов тонкой пленки и подложки легко получить пленки с крупными (~1 мкм) ориентированными зернами. При использовании соответствующей моно-кристаллической подложки происходит эпитаксиальный рост мозаичных кристаллов размером в пределах нескольких десятков микрометров с малоугловыми границами между блоками мозаики. Вакуумное осаждение в наибольшей степени подходит для получения эпитаксиальных пленок, однако из-за необходимости разработки дешевых высокоэффективных солнечных Элементов большой площади объем исследований эпитаксиальных пленок для солнечных элементов в настоящее время ограничен изучением фундаментальных вопросов и получением пленок для солнечных элементов специального назначения, например для работы при концентрированном излучении и в каскадных системах. Некоторые из применяемых методов вакуумного осаждения рассмотрены в следующих разделах.
2.2.2.1 Эпитаксиальное осаждение методом «горячих стенок»
При использовании этого метода [8] пары, получаемые с помощью одного или двух кольцевых испарителей, переносятся в объеме, ограниченном нагретой цилиндрической оболочкой, которая имеет более высокую температуру, чем подложка. В результате на подложку осаждается гомогенизированная многокомпонентная смесь паров, находящаяся в равновесном состоянии. Этот метод применяется для получения высококачественных эпитаксиальных пленок ряда соединений элементов
IV—VI и Н—VI групп периодической системы.
2.2.2.2 Молекулярно-лучевая эпитаксия
Молекулярно-лучевой эпитаксией называется метод выращивания эпитаксиальной пленки на монокристаллической подложке посредством конденсации одного или нескольких направленных пучков атомов (а в определенных случаях — и молекул), испаряемых из источника с узким отверстием для выхода
Данный метод позволяет (благодаря отражению паров вещества от нагретых стенок) создать повышенное давление в рабочем объеме, поэтому для обозначения этого метода нанесения пленок во многих работах применяется термин «испарение в квазизамкнутом объеме».— Прим. ред.
