Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
При особых обстоятельствах могут оказаться существенными другие источники эффектов рассеяния в поликристаллических тонких пленках. Среди них деформация [Dexter, Seitz, 1952] и (или) рассеяние на заряжен-
231
о)
ных дефектах, например дислокациях; рассеяние, обусловленное механическими напряжениями, возникающими из-за различия коэффициентов теплового расширения пленки и подложки и дефектами упаковки [Kazmerski, 1972], которые можно рассматривать как потенциальные барьеры наподобие межкристаллитных барьеров.
В темновых условиях проводимость поликристаллических пленок ограничивается в большинстве случаев барьерами на межкристаллитных границах. Освещение снижает потенциалы границ и приводит к существенному увеличению проводимости образцов Si, иногда сводя на нет влияние барьеров между зернами. При освещении определяющим становится механизм рекомбинации, однако в общем случае учет влияния рекомбинации на перенос носителей заряда требует решения трехмерной задачи.
6.2.4. Электропроводность различных поликристаллических пленок
Прежде чем приступить к обсуждению рекомбинационных процессов в поликристаллических пленках, рассмотрим экспериментальные результаты исследований электропроводности различных поликристаллических пленок.
Пленки CdS вне зависимости от метода получения (термического испарения в вакууме, пиролиза и т.д.) всегда имеют и-тип проводимости. На рис. 6.9 показаны температурные зависимости концентрации и подвижности электронов в пленках CdS, полученных методом термического испарения в вакууме. Они построены исходя из измерений термо-ЭДС и проводимости пленок.
Зависимость подвижности от температуры описывается (6.14); для трех исследовавшихся пленок энергии активации подвижности составляли 0,11; 0,15 и 0,19 эВ соответственно. Концентрация электронов в пленках 1016 см-3 обусловлена избытком Cd. Рост Vj при увеличении концентрации связан с почти полным обеднением зерен свободными электронами и соответствует оценочным значениям размера зерен и ширины области обеднения. В результате исследований, проведенных с 1964 по 1973 г., оказалось, что в пленках CdS, полученных различными способами, высоты межкристаллитных барьеров меняются от 0,07 до 0,5 эВ, причем в большинстве случаев этот диапазон оказывается еще уже, т.е.
0,1—0,2 эВ. Подвижности, как правило, меняются в интервале от 1 до 10s см2/(В с).
Высоту барьеров в свежеприготовленных пленках можно изменять различными способами, например путем освещения или приложения электрического поля, приводящими к обратимым изменениям, а также отжигом в различных средах (02, Н2), вызывающим квазистабильность.
Влияние фотовозбуждения на концентрацию и подвижность электронов в пленках CdS, осажденных методом пиролиза, показано на рис. 6.10. Поскольку большинство пленок CdS, полученных таким образом, имеют высокие темновые концентрации электронов, фотовозбуждение увеличивает главным образом подвижность, в особенности при низких температурах, где доминирует туннельный механизм переноса заряда через барьер.
232
10
1$
II
* » S'S §< I*
5§.
ft
107
10"
10’
Ji-
ll
§
V*
>1 IJ..II
<0 CO
в **
? X
S“
s& *
<s
й S-¦= 6 *
10
1,0
10'
10'
5^—- Л=1,о .
9,7-10-3
' Vw"*--*. 3,6-10'*
yV^ ,<t'10~s
'0 темноте
г,5 з.о 3ts t,0 tt,S 5,0
103/Т, К-1
Рис. 6.9. Темновые зависимости концентрации и подвижности свободных электронов от температуры трех пленок CdS, осажденных методом термического испарения в вакууме на подложке из рутила при различных температурах Ts в процессе осаждения:
?3 - Ts = 200°С; Е6 - Ts = 220°С и Es - Т - 260°С; Размер рериа не меиее
0,1 мкм [Wu Bube.// J. Appl. Phys., 1974, vol. 45]
Рис. 6.10. Температурные зависимости концентрации и подвижности электронов в пленке CdS, полученной методом пиролиза, при различных освещенностях L (L = I соответствует освещению вольфрамовой лампой при 50 мВт/см2). Подвижность при низкой температуре соответствует туннельному механизму прохождения через потенциальный межкристаллитный барьер [Wu С., Bube R. Н.// J. Appl. Phys, 1974, vol. 45]
Подвижность электронов в поликристаллических пленках CdS изменяется при положении электрического поля. Под воздействием напряжения значение Vd на межкрнсталлитных границах существенно снижается за счет взаимодействия индуцированного заряда с зарядом на барьерах. На рис. 6.11 приведены температурные зависимости подвижностей электронов в пленках CdS, полученных методом термического испарения в вакууме, при различных значениях приложенного напряжения. С увеличением напряжения от 0 до 2 В Vd уменьшается от 0,095 до 0,069 эВ. Это потенциально важный эффект, когда границы зерен проходят через обедненные слои в р—л-переходах солнечных элементов.
Термоотжиг вызывает долговременные изменения свойств пленок. Так кислород, адсорбированный на поверхности и границах зерен пленки CdS, при образовании химических связей удаляет электрон из зоны проводимости, тем самым приводя к Появлению обедненных слоев на поверхности и границах зерен. Адсорбированный кислород легко удалить путем низкотемпературного отжига в вакууме. При удалении кислорода снижается от 0,22 до 0,15 зВ и слегка увеличивается средняя концентрация свободных электронов (рис. 6.12).
