Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Исходя из результатов электронно-микроскопических исследований, Цэнг [121] сделал вывод о том, что в верхнем слое пленок CdS со структурой вюртцита содержатся зерна с наклонными границами и их угол разориентации изменяется от 9 до 40°. Основная же часть границ зерен параллельна друг другу. Дэре и Парик [108] отмечали, что степень упорядочения структуры, совершенство кристаллической решетки и качество
Физические свойства тонких пленок
161
огранки кристаллитов повышаются при создании более глубокого вакуума в процессе осаждения пленок CdS. Ромео и др. [107] изучали влияние отношения концентраций атомов Cd и S на свойства пленок CdS, напыляемых с применением двух испарителей. Авторами показано, что пленки высокого качества могут быть получены в широком диапазоне отношений концентраций Cd и S, однако наилучшие результаты обеспечивает отношение, равное 1,5. Кроме того, более совершенную кристаллическую структуру имеют пленки CdS, в которых концентрация легирующей примеси (в данном случае — индия) достигает предела растворимости.
Наиболее важным параметром, влияющим на кристаллографические характеристики и микроструктуру пленок CdS, получаемых методом пульверизации с последующим пиролизом, является температура подложки в процессе осаждения [131, 134, 158]. Однако размер зерен и степень их ориентации (если происходит рост упорядоченной структуры) зависят также от ряда других факторов, в том числе от состава соли, содержащейся в распыляемом растворе [136, 159], отношения концентраций катионов и анионов [131 —134, 140, 141, 143], а также от вида легирующей примеси [134, 140].
Рис. 3.14 иллюстрирует влияние отношения концентраций Cd и S, температуры подложки, толщины пленки, легирующей примеси, наличия на подложке других слоев и отжига, осуществляемого после осаждения, на степень ориентации пленок CdS. Необходимо отметить, что эти результаты не носят общего характера и что различными авторами при аналогичных условиях осаждения были получены пленки с разными направлениями ориентации. Пленки CdS, осаждаемые с применением раствора соли уксусной кислоты, состоят из очень мелких зерен [159]. При использовании растворов хлоридов образуются более крупные зерна с определенным направлением ориентации оси с [136, 159]. Обычно в пленках CdS, получаемых методом пульверизации с последующим пиролизом, размер зерен составляет 0,1...0,5 мкм, однако, согласно сообщениям некоторых авторов [132, 138], он может достигать 1...4 мкм. Наличие таких примесей, как In и Ag, способствует укрупнению зерен; нерастворимые же примеси, подобные А1203 [135, 160, 161], присутствующие в сколько-нибудь значительной концентрации, препятствуют рекристаллизации пленок CdS, а также вызывают резкое уменьшение размеров зерен и нарушение их преимущественной ориентации.
Вследствие выделения А1203 на границах зерен поверхность пленок CdS приобретает лабиринтную структуру. Поверхностный рельеф пленок нелегированного сульфида кадмия и CdS с примесью А1203 показан на рис. 4.3. Ма и Бьюб [158] отмечают, что пленки, осаждаемые методом пульверизации с последую-
162
Глава 3
15 14 13 15 '14 13
15 14- 13 15 14 13
15 14 13 15 14 13
15 14
Рис. 3.14. Влияние отношения концентраций атомов Cd и S (а), температуры подложки (б), толщины пленки (в), легирующей примеси (г), наличия на подложке других слоев (д) и отжига, проводимого после осаждения (е) на степень ориентации пленки.
а) температура подложки Ти = 340 °С; 1 — Cd : S=0,5; 2 — Cd : S=2; 3 — Cd : S = 1;
б) Cd : S=l; / — ГП = 300°С; 2 — Гп =420 °C;
в) Тп =380 °С; 1 — d=4,3 мкм; 2 *— d= 1,8 мкм;
г) Cd:S = l, 7,П=400 °С, d=6 мкм; / — нелегированная пленка; 2 — пленка, легированная А1 (5 %);
д) тп =380 °С; / — пленка толщиной 4,3 мкм, легированная А1 (5%); 2 — пленка толщиной 4,3 мкм, легированная А1 (5 %), и нелегированная пленка (общая толщина 9 мкм),
е) Cd : S=0,5; / — нелегированная пленка до отжига; 2 — пленка, легированная Zn, до отжига; 3 — нелегированная пленка после отжига; 4 — пленка, легированная Zn, после отжига.
Физические свойства тонких пленок
163
щим пиролизом на подложки, имеющие низкую (^400 °С) и высокую (>400 °С) температуру, кристаллизуются в структуре сфалерита и вюртцита соответственно. Однако, по мнению Ба-нерджи и др. [139], тип формирующейся кристаллической структуры не зависит от температуры осаждения пленки. Отличительными свойствами пленок, получаемых данным методом, являются их высокая адгезия к подложке и наличие сплошности даже при небольшой толщине.
Для пленок CdS, осаждаемых с' помощью ионного распыления, характерна более высокая степень ориентации оси с по сравнению с пленками, получаемыми вакуумным испарением [148]. Кроме того, при их одинаковой толщине в пленках, создаваемых методом ионного распыления, содержится меньшее количество сквозных пор. Эти пленки [145] обычно состоят из зерен меньшего размера (<С1 мкм), тем не менее они обладают столбчатой структурой. Пленки CdS, образующиеся при ионном распылении, всегда кристаллизуются в гексагональной структуре с преимущественной ориентацией оси с относительно нормали к поверхности подложки [162]. Пил и Меррэй [147] отмечают, что при таком способе нанесения пленок в них присутствуют захваченные в процессе роста ионизированные частицы газа, в котором возбуждается разряд. Митчел и др. [114] с помощью газотранспортного осаждения в квазизамкнутом объеме получили пленки CdS толщиной 1...3 мкм с размером зерен в этих же пределах и не обнаружили взаимосвязи между величиной зерен и температурой подложки в интервале 325.. .500 °С. Согласно результатам Ёсикава и Сакай [151], температура подложки оказывает влияние на морфологию поверхности пленок, осаждаемых данным методом, причем для получения гладкой поверхности подложку необходимо нагреть до высокой температуры. Однако при очень высокой температуре наблюдается рост нитевидных кристаллов. При газотранспортном осаждении пленок CdS в квазизамкнутом объеме ось с их кристаллической решетки направлена почти перпендикулярно плоскости подложки.
