WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 7 Фотовольтаический эффект в поверхностно-барьерных структурах In/тонкие пленки I–III–VI2 © В.Ю. Рудь, Ю.В. Рудь, И.В. Боднарь†, В.Ф. Гременок†, О.С. Образцова†, С.Л. Сергеев-Некрасов† Санкт-Петербургский государственный технический университет, 195251 Санкт-Петербург, Россия Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия † Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, 220027 Минск, Белоруссия (Получена 19 ноября 1997 г. Принята к печати 23 декабря 1997 г.) На пленках тройных соединений CuInTe2, AgGaTe2, AgInTe2 и твердом растворе Cu0.5Ag0.5InSe2, полученных лазерным испарением, изготовлены поверхностно-барьерные структуры, при освещении которых наблюдался фотовольтаический эффект. Установлено, что максимальной вольтовой фоточувствительностью обладают структуры на основе тройного соединения p-AgGaTe2. Показано, что полученные лазерным осаждением пленки соединений I–III–VI2 и твердых растворов Cu0.5Ag0.5InSe2 могут использоваться для создания широкополосных фотопреобразователей естественного излучения.

Введение Получение кристаллов и пленок В последние годы тройные полупроводниковые соеди- Кристаллы тройных соединений (Cu,Ag)(Ga,In)Te2 и нения I–III–VI2 привлекают внимание исследователей твердых растовров CuxAg1-xInSe2 выращивали методом как одни из наиболее перспективных материалов для Бриджмена–Стокбаргера. Полученные слитки соединесоздания высокоэффективных солнечных преобразовате- ний CuGaTe2, CuInTe2, AgGaTe2 были монокристаллилей. Они обладают высоким коэффициентом оптического ческими, слитки AgInTe2 и твердых растворов — круппоглощения (104-105 cм-1) в области спектра солнечно- ноблочными и использовались в качестве мишеней для го излучения и прямыми оптическими переходами. В на- напыления пленок.

стоящее время на основе тройного соединения CuInSe2, Осаждение пленок проводилось в вакууме 10-5 Па, а также твердых растворов CuGaIn1-xSe2 созданы тон- с помощью лазера, работающего в режиме свободкопленочные элементы с кпд более 16% [1,2]. Много- ной генерации ( = 1.06 мкм, imp = 10-3 с, численные экспериментальные исследования показали, Eimp = 130-150 Дж).

что электрические и оптические свойства полупровод- Состав кристаллов и пленок устанавливали методом ников I–III–VI2 определяются в значительной степени энергодисперсного рентгеновского анализа на сканирутипом собственных дефектов, связанных с отклонением ющем электронном микроскопе JEOL6400. Полученные от стехиометрии [3,4]. В связи с этим дальнейшее данные приведены в табл. 1. Видно, что экспериулучшение характеристик солнечных элементов на осно- ментальные и расчетные величины удовлетворительно ве этих соединений возможно при лучшем понимании согласуются между собой.

физических свойств таких материалов и приборов на их Структуру и параметры кристаллов и пленок опредеоснове. В настоящей работе приводятся результаты ис- ляли рентгеновским методом. Дифрактограммы записыследования поверхностно-барьерных структур In/тонкие вали на аппарате ДРОН-3М. Проведенные исследования пленки I–III–VI2. показали, что на дифрактограммах как кристаллов, так Таблица 1. Результаты энергодисперсионного рентгеновского анализа тройных соединений (Cu,Ag)(Ga,In)Te2 и твердых растворов CuxAg1-xInSeCu, ат% Ag, ат% Ga, ат% In, ат% Se, ат% Te, ат% Состав экспе- экспе- экспе- экспе- экспе- экспепленки расчет расчет расчет расчет расчет расчет римент римент римент римент римент римент AgGaTe2 – – 25.00 26.20 25.00 24.56 – – – – 50.00 49.CuGaTe2 25.00 26.60 – – 25.00 24.20 – – – – 50.00 49.AgInTe2 – – 25.00 25.12 – – 25.00 24.32 – – 50.00 50.CuInTe2 25.00 26.18 – – – – 25.00 24.51 – – 50.00 49.Cu0.5Ag0.5InSe2 12.50 11.86 12.50 13.49 – – 25.00 25.48 50.00 49.17 – – Cu0.7Ag0.3InSe2 17.50 18.10 7.50 9.35 – – 25.00 23.60 50.00 48.95 – – 830 В.Ю. Рудь, Ю.В. Рудь, И.В. Боднарь, В.Ф. Гременок, О.С. Образцова, С.Л. Сергеев-Некрасов и пленок всегда присутствовала система линий, соответствующая структуре халькопирита. Параметры элементарной ячейки для кристаллов и пленок согласуются между собой.

Создание структур Поверхностно-барьерные структуры создавались вакуумным термическим напылением тонких пленок металлического индия (dc 1-2мкм) на наружную поверхность пленочных образцов I–III–VI2, изготовленных методом импульсного лазерного напыления. Поверхность пленок перед нанесением слоев индия какой-либо обработке не подвергалась, а сами пленки ни во время осаждения, ни в последующем какому-либо нагреву выше комнатных температур не подвергались. Пленки индия обнаружили высокую адгезию в отношении поверхности тонкопленочных подложек I–III–VI2. Использование индия в качестве барьерного контакта оказалось возможным на основании наших предварительных исследований контактных явлений на пленочных образцах I–III–VI2.

Фоточувствительность структур При освещении полученных структур на основе соединений и твердого раствора Cu0.5Ag0.5InSe2 наблюдается фотовольтаический эффект (табл. 2). Знак фотонапряжения не зависит от места попадания светового зонда на поверхность структур и соответствует положительной полярности фотонапряжения на пленках халькогенидов.

Максимальная фоточувствительность обычно проявля- Рис. 1. Спектральные зависимости относительной квантовой ется при освещении структур со стороны барьерного эффективности фотопреобразования поверхностно-барьерных структур на основе тонких пленок материалов I–III–VI2 и контакта, а ее значения приведены в табл. 2. Из табл. слоев индия при T = 300 K (состав пленок: 1 — AgInTe2, видно, что максимальная вольтовая фоточувствитель2 — CuInTe2, 3 —Cu0.5Ag0.5InSe2. Освещение со стороны ность SU 0.8 В/Вт достигнута при использовании в слоя индия).

структурах пленок AgGaTe2.

Спетральные зависимости относительной квантовой эффективности фотопреобразования для типичных структур при T = 300 K представлены на рис. 1 и 2, а на их полувысоте 1/2 во всех структурах оказалась некоторые их характеристики даны в табл. 2. Главные приблизительно одинаковой и достигает 1.2 эВ. Длинзакономерности полученных тонкопленочных структур новолновый край фоточувствительности всех структур состоят в следующем.

экспоненциальный и локализован в окрестности энергии Для всех структур обнаруживается широкополосный (ln ) падающих фотонов 1 эВ. Значения крутизны S = фотовольтаический эффект. Полная ширина спектров ( ) длинноволнового края фоточувствительности лежат в пределах 20-50 эВ-1, что позволяет считать межзонТаблица 2. Фотоэлектрические свойства структур In/тонкие ные оптические переходы в этих веществах прямыми.

пленки I–III–VI2, полученные лазерным осажеднием Этот вывод согласуется с данными прямых оптических исследований на объемных кристаллах некоторых из Состав Ts, dc,, Su 1/2 S, полупроводников [5,6], тогда как для твердого раствора пленки C мкм Oм · см В/Вт эВ эВ-Cu0.5Ag0.5InSe2 это предположение формулируется вперAgGaTe2 380 0.50 3·103 0.8 1.25 вые. Это означает, что в результате образования твердого CuGaTe2 400 0.30 0.5 – – – раствора энергетический спектр исходных соединений не AgInTe2 460 0.60 105 0.4 1.16 претерпевает существенных изменений.

CuInTe2 480 0.38 1 0.5 1.16 Cu0.5Ag0.5InSe2 460 0.55 5·103 0.2 1.2 20 Экспоненциальный рост при увеличении энергии Cu0.7Ag0.3InSe2 460 0.45 104 – – – падающих фотонов во всех структурах (рис. 1 и 2) Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Фотовольтаический эффект в поверхностно-барьерных структурах In/тонкие пленки I–III–VI2 завершается в окрестности практически одной и той же энергии 1.08 эВ. С дальнейшим ростом энергии фотонов квантовая эффективность фотопреобразования в исследованных структурах, включающих в качестве компоненты индий, выходит на практически постоянный уровень. Из рис. 2 видно, что для структуры на основе пленки, в составе которой индий заменен на галлий, продолжает возрастать в очень широкой области энергий. Этот рост, следует из рис. 3 (кривая 1), как подчиняется закону. Очень важно отметить, что и в аналогичной структуре на основе объемного монокристалла p-AgGaTe2, который использовался в качестве источника для напыления пленки, спектральная зависимость длинноволновой границы квантовой эффективности фотопреобразования следует аналогичному закону. При этом оказывается, что общепринятая в таких случаях экстраполяция 0 дает одно и то же значение энергии 1.06 эВ. По-видимому, это обстоятельство является следствием того, что развитая технология превращения мишени в тонкую пленку протекает без нарушения состава и кристаллической структуры, исходной для напыления мишени.

Таким образом, выполненное физико-технологическое исследование позволяет сделать вывод о том, что получаемые лазерным осаждением пленки соединений I–III-VIРис. 2. Спектральная зависимость тонкопленочной структуи их твердых растворов могут быть использованы для соры In/AgGaTe2 при 300 K.

здания широкополосных тонкопленочных фотопреобразователей естественного излучения.

Список литературы [1] H.W. Schock. Sol. Energy Mater. and Sol. Cells, 34, 19 (1994).

[2] H.W. Schock. Appl. Surf. Sci., 92, 606 (1996).

[3] H. Neumann, R.D. Tomlinson, Solar. Cells, 28, 301 (1990).

[4] A. Rocket, R.W. Birkmirc. J. Appl. Phys., 70, R81 (1991).

[5] J.L. Shay, J.H. Wernick. ternary chalcopyrite semiconductors:

Growth, electronic properties and applications (Pergamon Press, N.Y., 1975).

[6] G.A. Medvedkin, V.D. Prochukhan, Yu.V. Rud’, M.A. Tairov.

Phys. St. Sol. (b), 151, 711 (1989).

Редактор В.В.Чалдышев A photovoltaic effect of In/thin films I–III–VI2 surface-barrier structures V.Yu. Rud’, Yu.V. Rud’, I.V.Bodnar†, V.F. Gremenok†, O.S. Obrastsova†, S.L. Sergeev-Nekrasov† St.Petersburg State Technical University, 195251 St.Petersburg, Russia A.F.Ioffe Physicotechnical Institute, Russian Academy of Sciences, 194021 St.Petersburg, Russia Рис. 3. Зависимость ( )1/2 - для структур In/AgGaTe2 † National State University при 300 K (1 — тонкая пленка AgGaTe2, 2 — монокристалл of Information Science AgGaTe2.

and Radioengineering, 220027 Minsk, Belarus Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, №




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.