автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Механизмы переноса носителей заряда в солнечных батареях на основе a-Si:H и его сплавов И c-Si

На правах рукописи

СИЗОВ АЛЕКСЕИ ВЛАДИМИРОВИЧ

МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕНОСА НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЯХ НА ОСНОВЕ a-Si:H И ЕГО СПЛАВОВ И е^

(05.27.06 — Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА-2004

Работа выполнена на кафедре материаловедения и физической химии в Московском государственном институте электронной техники (техническом университете)

Научный руководитель: доктор технических наук

Шерченков А.А.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

доктор физико-математических наук, профессор,

Раскин А.А.

Вихров СП.

Ведущая организация - Институт микроэлектроники и информатики РАН.

2004 г.

Защита состоится «_»_

на заседании диссертационного Совета Д.212.134.03 при Московском государственном институте электронной техники (ТУ) по адресу:

124498 Москва, К-498, г. Зеленоград, МИЭТ С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан «_»_2004 г.

Соискатель _—^ -у Сизов A.B.

Ученый секретарь диссертационного Совета,

д.т.н., профессор

Коледов Л.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В настоящее время развитию полупроводниковой солнечной энергетики придается большое значение во всем мире. Достоинство солнечных батарей (СБ), прежде всего, связано с высокой экологичностью. По прогнозам в XXI веке будет происходить массовый переход мировой энергетики на использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии и роль полупроводниковых преобразователей солнечной энергии в этом процессе будет весьма существенной.

С момента появления первых солнечных элементов эффективность преобразования значительно повысилась. На сегодняшний день коэффициент полезного действия (КПД) СБ из монокристаллического кремния (^1) достигает 24,7%, а на основе GaAs-25,1%-

Важнейшее значение солнечная энергетика играет в космической технике. На орбите СБ как источники энергии незаменимы, и это обстоятельство сделало космонавтику одним из основных их потребителей. Однако известно, что эксплуатация СБ в условиях жесткого космического излучения приводит к деградации вольт-амперных характеристик (ВАХ) СБ, ухудшению их основных параметров и уменьшению КПД. Изменение вида ВАХ СБ в результате длительной эксплуатации в космическом пространстве связано с изменением условий переноса носителей заряда и изменением преобладающих механизмов переноса носителей заряда в СБ.

Наиболее широко применяемым материалом для формирования СБ является ^^ что связано с отработанностью кремниевой технологии. Однако, прежде чем станут возможны крупно масштабные наземные применения СБ на основе ^^ необходимо снизить их стоимость более, чем на порядок. В этой связи СБ из аморфных полупроводников, в частности a-Si:H, представляют собой новый перспективный подход в направлении разработки дешевых приборов наземного применения. К достоинствам а-Si:H, прежде всего, относятся: 1) дешевизна устройств на его основе и их технологическая совместимость с устройствами на ос-

II. III ИНИН

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ

мимтем

нове 2) возможность получения тонких пленок практически на любых подложках - с точки зрения как материала, так и размеров; 3) радиационная стойкость, обеспечивающая стабильную работу приборов в условиях воздействия жесткого ионизирующего излучения; 4) более высокие по сравнению с c-Si коэффициент поглощения и фоточувствительность, обусловленные разу-порядоченностью структуры a-Si:H и наличием в ней водорода.

Наибольшего КПД СБ удалось достичь при использовании р-ьп структур. Наличие широкой собственной нелегированной области (ьобласти) a-Si:H для создания однородного и максимально большого внутреннего электрического поля обеспечивает поглощение света этой областью и соответственно эффективную работу элемента.

Современные тенденции в технологии некристаллических полупроводников связаны с сохранением высоких оптических и электрофизических свойств материалов при высокой скорости их роста и низкой температуре процесса. Противоречивость этих требований заключается в том, что увеличение скорости роста требует повышения температуры подложки для сохранения у материалов электронных свойств приборного качества, а понижение температуры при сохранении приборных качеств пленок достигается за счет факторов, значительно снижающих скорость роста.

Повышение скорости роста и понижение температуры осаждения слоев на основе a-Si:H может привести к заметному изменению свойств формируемых слоев и p-i-n структуры СБ в целом. Это в свою очередь приводит к изменению условий переноса носителей заряда в отдельных слоях и на границах раздела p-i-n структуры и изменению преобладающих механизмов токопере-носа в СБ.

В связи с этим определение преобладающего механизма переноса носителей заряда как в СБ на основе ^^ так и в СБ на основе a-Si:H является актуальной задачей. Выявление взаимосвязи между преобладающими механизмами токопереноса, условиями формирования и свойствами СБ будет способствовать целенаправленной оптимизации технологии формирования и конструкции СБ.

Цель работы.

Выявление преобладающих механизмов переноса носителей заряда в солнечных батареях на основе a-Si:H и кристаллического кремния для целенаправленной оптимизации технологии формирования и конструкций СБ.

Научная новизна.

Впервые проведены комплексные исследования химического состава, микроструктуры, а также оптических и электрофизических свойств нелегированных и легированных пленок a-Si:H, a также сплава p-a-SiC:H, сформированных при высокой скорости роста и низкой температуре в НЧ плазме тлеющего разряда (55 кГц). Результаты исследований показали, что основные процессы, контролирующие механизмы роста, а именно, высокий поток радикалов, ионная обработка поверхности определяют также оптические и электрофизические свойства материала. В пленках а-Si:H, полученных методом НЧ ПХО, наблюдается уменьшение деградации фотопроводимости под освещением, по сравнению с пленками, полученными с использованием стандартного ВЧ метода (13,56 МГц).

Впервые исследованы механизмы переноса носителей заряда в СБ на основе a-Si:H, сформированных при повышенных скоростях роста и пониженных температурах осаждения в плазме низкочастотного тлеющего разряда (55 кГц). Установлено, что доминирующим механизмом токопереноса в диапазоне прямого смещения 600-800 мВ является многоступенчатое туннелирова-ние в области объемного заряда с захватом и эмиссией носителей заряда на ловушках.

Установлено, что длительное воздействие условий открытого космоса на СБ на основе c-Si приводит к появлению дополнительных состояний вблизи краев разрешенных зон Это сопровождается тем, что в области средних температур в диапазоне прямого смещения более 500 мВ преобладает туннелирование на границе раздела металл/полупроводник, в отличие от СБ, хранившихся на Земле.

Практическая значимость.

Разработана универсальная методика, позволяющая с высокой точностью определять электрофизические параметры СБ на основе а^:Н и его сплавов и СБ на основе с^.

Проведена оптимизация технологического процесса получения легированных и нелегированных слоев а^:Н, соответствующих слоям приборного качества, в низкочастотной плазме тлеющего разряда (55 кГц) при высоких скоростях осаждения и пониженных температурах.

Показана перспективность использования метода НЧ ПХО для формирования СБ на основе а^:Н с р-ьп структурой. При этом создание буферного слоя, формируемого в составе р-ьп структуры на р^ границе раздела, позволило улучшить основные фотоэлектрические параметры СБ. Впервые, с использованием метода НЧ ПХО, сформирована СБ на основе а^:Н с КПД 6,5 %.

Выводы и рекомендации, сделанные в диссертационной работе Сизова А. В. в части исследования электрофизических свойств слоев и оптимизации технологии формирования СБ на основе а-Si:H и его сплавов использованы в серии НИР и в учебном процессе МГИЭТ (ТУ) в лекционном курсе и лабораторном практикуме по дисциплинам «Материалы электронной техники» и «Полупроводниковые преобразователи энергии».

На защиту выносятся следующие положения.

1. Универсальная методика, позволяющая с высокой точностью (погрешность не превышает 5%) моделировать ВАХ как СБ на основе а^:Н и его сплавов, так и СБ на основе с^. Методика дает возможность проводить моделирование в широком интервале прямого смещения, в отличие от большинства методик, используемых в настоящее время, в которых моделируются отдельные экспоненциальные участки вольт-амперных характеристик.

2. Механизмы токопереноса в СБ на основе а^кН, сформированных с высокой скоростью роста и при низкой температуре осаждения с использованием метода НЧ ПХО. В диапазоне прямого смещения 600-800 мВ в СБ на основе а^:Н преобладает многоступенчатое туннелирование с захватом и эмиссией носителей заряда на ловушках. В диапазоне прямого смещения более 800

мВ возрастает вклад термоэмиссионного механизма токопереноса на границе раздела металл/п-а-БЖ.

3. Механизмы токопереноса в СБ на основе c-Si, эксплуатировавшихся на околоземной орбите. В результате длительной эксплуатации в открытом космосе в СБ на основе c-Si происходит заметное изменение и увеличение распределения плотности состояний в интервале энергий от потолка валентной зоны c-Si до уровня Ev+Ea=0,46 эВ. В то же время, не наблюдается существенного изменения распределения плотности состояний в энергетическом диапазоне ±0,2 эВ от середины ширины запрещенной зоны c-Si.

Апробация работы.

По результатам исследований были сделаны доклады: на Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов", Москва, МГУ, 2000 г.; 12-ом Международном симпозиуме "Тонкие плёнки в электронике", Харьков, 23-27 апреля 2001 г.; международном семинаре "Modern Problems in the Physics of Surfaces and Nanostructures", Ярославль, 2001 г.; 8-ой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, МЭИ, 2002 г.; 4-ой Международной научно-технической конференции "Электроника и информатика-2002", Москва, МГИЭТ (ТУ), 2002 г.; 5 тезисов доклада на 7-11 всероссийских межвузовских научно-технических конференциях студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика", Москва, МГИЭТ (ТУ), 2000-2004 гг; тезисы доклада на 4-ой Международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники», Санкт-Петербург, 5-7 июля 2004 года; опубликованы доклады на зарубежных конференциях: 2 тезиса доклада на 17th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition", International Congress Centre Munich, Germany 22-26 October 2001; 1 тезис доклада на 29-th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, May 20-24, 2002, New Orleans; 1 тезис доклада на Sixth European Space Power Conference, Porto, Portugal, 6-10 May 2002 (ESA SP-502, May 2002), а также в электронных конференциях: Всероссийской научно-технической дистанционной конференции

«Электроника», Москва, 19-30 ноября 2001 г; электронной конференции по подпрограмме: "Топливо и энергетика", научно-технической программе "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники", Ноябрь-декабрь, МЭИ, 2002 год, Москва. Результаты также опубликованы в двух отчетах о научно-исследовательской работе: шифр 427-ГБ-53-Гр.-асп.-МФХ и 467-ГБ-53-Гр асп.-МФХ.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ (в том числе 5 статей в трудах зарубежных конференций, а также тезисы докладов на российских и международных конференциях) и 2 отчета по научно-исследовательским работам.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, содержит 175 страниц машинописного текста, включая 41 таблицу, 96 рисунков, 65 формул и список литературы в количестве 108 наименований.

Содержание работы.

- Во введении рассматривается актуальность темы и сформулирована основная цель работы.

В первой главе рассмотрены современные представления о принципах преобразования солнечной энергии в электрическую. Проанализирована взаимосвязь зонной модели с параметрами эквивалентной схемы солнечного элемента, которая описывает свойства идеального р-п перехода. Представлены различные конструкции СБ на основе a-Si:H, которые используются при формировании солнечных элементов с p-i-n структурой, а также показаны достоинства СБ на основе а^Ш. Продемонстрирована перспективность формирования каскадных СБ с использованием сплавов на основе a-Si:H и гибридных СБ на основе гетерострук-тур a-Si:H/c-Si.

Показано, что для анализа механизмов переноса носителей заряда необходимо определять параметры СБ с высокой точностью. Проанализированы существующие методики определения

последовательного и шунтирующего сопротивления СБ. Выявлены ограничения существующих методик, которые не позволяют определить взаимосвязь механизмов токопереноса и параметров солнечного элемента с плотностью состояний в щели аморфного полупроводника и плотностью состояний на границе раздела. Показана необходимость создания усовершенствованной методики определения параметров солнечных элементов.

В главе 2 представлен метод низкочастотного тлеющего разряда (55 кГц), с помощью которого впервые были получены СБ с p-i-n структурой на основе a-Si:H и его сплавов. Низкочастотный метод позволяет получать пленки аморфных полупроводников приборного качества при повышенных скоростях роста и пониженных температурах, что связано с ионной бомбардировкой поверхности растущей пленки в этом методе.

Предложен комплекс взаимодополняющих методик для определения электрофизических, оптоэлектронных свойств и плотности состояний аморфных материалов с высокой точностью, которые включают в себя ИК-спектроскопию и спектроскопию обратного рассеивания Резерфорда, определение коэффициента оптического пропускания и температурную зависимость темновой проводимости, а также метод постоянного фототока и моделирование температурной и генерационной зависимости фотопроводимости.

Рассмотрен разработанный стенд, который позволяет измерять ВАХ СБ в широком диапазоне температур от -130°С до + 180°С в условиях освещения и в темноте. Представлена универсальная методика, позволяющая с высокой точностью определять электрофизические параметры СБ на основе a-Si:H и его сплавов и СБ на основе В дальнейшем методика использовалась для определения механизмов токопереноса и выявления взаимосвязи механизмов переноса носителей заряда и параметров СБ с плотностью состояний в щели аморфного полупроводника.

В третьей главе представлены результаты комплексных исследований химического состава, микроструктуры, а также оптических и электрофизических свойств собственных и легированных пленок a-Si:H и сплава p-a-SiC:H, сформированных с использованием метода НЧ ПХО.

Раздел 3.1 посвящен исследованию пленок собственного а-Si:H. Показано, что скорость их роста превосходит скорость роста пленок приборного качества, получаемых стандартным высокочастотным методом.

При мощности разряда более 200 Вт наблюдается скачкообразное увеличение скорости роста, свидетельствующее о смене механизма роста пленок. Процесс роста пленок и смена механизмов роста при увеличении мощности разряда вызываются двумя конкурирующими процессами: десорбцией водорода с поверхности под воздействием ионной бомбардировки и потоком водо-родсодержащих радикалов. При этом наибольшую величину параметра гщт=1,8-10э см2/В удается получить при мощности разряда 50 Вт. Уменьшение гщт при дальнейшем увеличении мощности может быть связано с увеличением количества рекомбинационных центров.

При температурах подложки от 40 до 100°С наблюдается резкое падение скорости роста, однако при дальнейшем увеличении температуры подложки скорость роста практически не изменяется. Параметр Урбаха резко уменьшается при увеличении температуры осаждения до 100 С. При дальнейшем увеличении Тп корреляция между температурой подложки и параметром Урбаха отсутствует, но увеличивается концентрация глубоких дефектов. При этом концентрация дефектов контролирует темновую проводимость пленок а^:Н.

Результаты исследования зависимости скорости осаждения пленок а^:Н от давления в реакционной камере показывают, что максимальная скорость наблюдается при давлении 70 Па (10,1 А/с). Рост скорости осаждения пленки а^:Н при изменении давления от 40 Па до 70 Па связан с десорбцией водорода с поверхности, а уменьшение скорости осаждения в интервале давлений от 70 Па до 190 Па контролируется содержанием Si-H? групп в пленке. Показано, что тем новая проводимость и фоточувствительность пленок собственного а^:Н зависит от концентрации водорода в пленке а^:Н и от содержания S1-H2 связей в пленке. Концентрация дефектов в пленках а^:Н, полученных при различном давлении в реакционной камере, определяется концентрацией водорода в пленках.

Показано, что пленки а^:Н, осажденные с использованием метода НЧ ПХО, обладают высокой стабильностью. Процесс установления равновесия в материале определяется содержанием водорода и его диффузионной способностью. Состояния на поверхности внутренних границ являются ловушками для водорода, что приводит к подавлению его диффузионной подвижности и повышению стабильности пленок по сравнению с пленками, сформированными с использованием стандартного метода высокочастотного плазмохимического осаждения (ВЧ ПХО).

В результате проведенных исследований определен оптимальный технологический режим получения пленок а^:Н ьтипа методом НЧ ПХО для солнечных элементов: температура осаждения Т„ - 225 °С, мощность разряда W - 200 Вт, давление в реакторе Р - 70 Па, расход силана SiH4 - 200 см /мин. При данном режиме осаждения возможно получение пленок а^:Н ьтипа приборного качества с параметрами: параметр Урбаха Боу-46,8 мэВ, концентрация дефектов N0=3,8-10+" СМ" , фоточувствительность 1,0-106.

Раздел 3.2 посвящен изучению свойств пленок п-а^:Н. Показано, что скорость осаждения имеет тенденцию к уменьшению с увеличением концентрации фосфина. Концентрация водорода практически не изменяется с ростом [РНз] до значения 0,83 %, а затем наблюдается линейный рост концентрации водорода. При этом скорость осаждения определяется содержанием Si-H? групп в пленке п-а^:Н в зависимости от концентрации фосфина.

Увеличение содержания фосфина приводит к увеличению проводимости и уменьшению энергии активации темновой проводимости слоев а^:Н. При первоначальном введении атомов примеси уровень Ферми (Еа) сдвигается в сторону края зоны проводимости на величину 0,4 эВ от края зоны. С увеличением концентрации фосфина в газовой фазе до 1,11% эффективность легирования возрастает, а при большей концентрации практически не зависит от концентрации вводимой примеси.

Увеличение концентрации РН не приводит к заметному изменению Б8. Однако при этом слабая зависимость Б6 наблюдается и от концентрации водорода в пленке Сц.

С целью изучения возможности увеличения эффективности

легирования а^:Н в ходе экспериментов использовался непрерывный и импульсный режимы работы генератора. С увеличением температуры подложки темновая проводимость (ат) растет и в случае непрерывного, и в случае импульсного режимов горения плазмы, что свидетельствует об увеличении эффективности легирования с ростом температуры осаждения. При этом использование импульсного режима позволяет повысить эффективность легирования уже при температуре подложки 200°С.

Показано, что для пленок п-а^:Н, полученных в непрерывном режиме с увеличением температуры осаждения от 200 до 225 °С наблюдается первоначальное увеличение Б6 от 1,72 до 1,78 эВ. При дальнейшем росте температуры подложки оптическая ширина запрещенной зоны падает до 1,70 эВ при 320 °С. В случае слоев а^:Н п-типа, сформированных в импульсном режиме, Е„ не изменяется при увеличении Т„ вплоть до 270 С. При еще большем увеличении температуры подложки до 320 °С происходит значительное уменьшение оптической ширины запрещенной зоны до 1,62 эВ. Существенное уменьшение Б6 при Тп=320 °С для пленок, полученных как в непрерывном, так и в импульсном режиме может быть объяснено уменьшением содержания водорода в слоях при высоких температурах. Достоинством импульсного режима горения разряда является то, что число макроскопических частиц, попадающих в пленку из газовой фазы, уменьшается за счет их вывода из газоразрядного промежутка в период выключения разряда.

Анализ результатов исследования позволил выбрать оптимальный режим осаждения пленок п-а-БШ, при котором температура осаждения Тп=225 0С, мощность разряда W=200 Вт, давление в реакторе Р=70 Па, расход силана SiH4 - 200 СМУМНН, КОН-, центрация фосфина в газовой смеси [РН3]=1,11%, режим горения разряда - импульсный. При данном режиме осаждения возможно получение пленок а^кН п-типа приборного качества с параметрами: темновая проводимость ат= 1,7-103 Ом1-см1, энергия активации Еа=0,31 эВ, оптическая ширина запрещенной зоны Б8=1,74 эВ.

Раздел 3.3 посвящен изучению свойств пленок р-а^:Н. С увеличением содержания диборана в газовой смеси при получе-

нии тонких пленок р-а^1:Н происходит уменьшение микроструктурного параметра Я, что говорит об уменьшении неоднородности микроструктуры формируемых пленок, обусловленной наличием Si-1-Ь конфигураций. Дополнительному уменьшению микроструктурной неоднородности пленок способствует использование импульсного режима осаждения в методе НЧ ПХО. Кроме того, микроструктурный параметр Я уменьшается с увеличением температуры для импульсного и непрерывного режимов осаждения.

С введением диборана в реакционный объем наблюдается существенное уменьшение энергии активации темновой проводимости от 0,74 эВ при 0,03 % В2Н6 до 0,46 эВ при 0,44 % В2Н6. При дальнейшем увеличении концентрации диборана в газовой фазе Еа изменяется слабо.

Слои р-типа а^1:Н применяются в качестве оптических фронтальных окон в солнечных элементах. Это предполагает получение пленок р-а^1:Н с высоким значением оптической ширины запрещенной зоны Б8. Показано, что увеличение содержания диборана в газовой фазе от 0,03 до 0,20 % приводит к увеличению Б6 от 1,72 до 1,78 эВ. Дальнейшее увеличение содержания диборана до 0,73% сопровождается значительным уменьшением оптической ширины запрещенной зоны до 1,62 эВ. В пленках, полученных методом НЧ ПХО, изменение Ей практически напрямую связано с концентрацией водорода в пленке, образующего связи Si-H в кремниевой матрице.

Увеличение содержания диборана приводит к увеличению темновой проводимости и уменьшению энергии активации тем-новой проводимости слоев а^кН. Тем не менее, величина темно-вой проводимости пленок, сформированных методом НЧ ПХО несколько меньше, чем пленок, осажденных с использованием метода ВЧ ПХО.

Оптимальный режим осаждения пленок р-а^1:Н достигается при температуре подложки 200°С, мощности разряда 200 Вт, давлении в камере 70 Па, концентрации В2Н6 0,44%, непрерывном режиме горения плазмы. С использованием данного режима осаждения возможно получение пленок а^1:Н р-типа с параметрами: Бб=1,67 эВ, Ел=0,46эВ, от=3,010"5 О М ' W .

С целью изучения возможности увеличения Eg оконного слоя в p-i-n структурном солнечном элементе, проведен комплексный анализ пленок легированного сплава p-a-SiC:H. Пленки формировались при содержании в реакционной камере метана [СН4] 40% и 70%. Исследовано влияние температуры подложки и режима горения плазмы на свойства сплава a-SiC:H р-типа.

Показано, что как в случае непрерывного, так и импульсного режимов Eg уменьшается с увеличением Тп. Формирование сплава a-SiC:H при [СН4]=70% приводит к увеличению оптической ширины запрещенной зоны. При такой концентрации СН4 в газовой фазе наблюдается более сильная зависимость Е от температуры в процессе осаждения, чем при [СН4]=40%. Однако увеличение Eg приводит к уменьшению проводимости и к увеличению энергии активации темновой проводимости.

Для создания встроенного электрического поля в p-i-n структурных солнечных элементах на основе a-Si:H и его сплавов, достаточного для эффективного сбора носителей заряда, был выбран оптимальный технологический режим, при котором Тп=225 °С, W=200 Вт, Р=90 Па, концентрация метана СН4 в газовой фазе составляла [СН4]=70%, концентрация диборана В2Н6 в газовой фазе [В2Н6]=0,44%, при этом использовался импульсный режим горения плазмы. В данном режиме осаждения возможно получение пленок a-SiC:H р-типа с параметрами: энергия активации темно-вой проводимости Еа=0,47 эВ, темновая проводимость стт~1,410"6 Ом'-см'1.

В главе 4 представлены технологии формирования СБ на основе a-Si:H низкочастотным и высокочастотным методами, а также технология СБ на основе c-Si, длительное время эксплуатировавшихся на околоземной орбите.

В разделе 4.1. представлена разработанная технология формирования СБ на основе a-Si:H с p-i-n структурой в плазме низкочастотного тлеющего разряда (55 кГц), маршрут формирования которой включал в себя следующие основные этапы: 1) формирование контактов к слою ТСО (прозрачный проводящий оксид) на стеклянной подложке Corning 7059. При этом тонкие плёнки А1 толщиной 0,3 мкм и шириной 2 мм осаждались через маску на слой ТСО; 2) последовательное осаждение р-, i-, n-слоёв a-Si:H

для формирования р-ьп структуры (р-тип а^:Н, i-тип a-Si:H, п-тип а^:Н толщиной 9 нм, 450 нм, 50 нм соответственно); 3) формирование А1 контакта на обратной стороне р-ьп структуры толщиной 0,3 мкм.

Проведена оптимизация разработанной технологии и структуры СБ на основе а^:Н и его сплавов. Формирование буферного слоя (тонкого слоя нелегированного а^С:Н) в составе р-ьп структуры на р^ границе раздела позволило улучшить основные фотоэлектрические параметры СБ. Проведена оптимизация толщины ьслоя, которая составила 0,45 мкм. В результате впервые была сформирована СБ на основе а^:Н с р-ьп структурой с использованием метода НЧ ПХО с высокой скоростью роста и низкой температурой осаждения, КПД которой составляет ~ 6,5 %.

В разделе 4.2 представлены результаты исследования СБ на основе с^, проработавших в течение 10 лет на станции "Мир". Показано, что под воздействием открытого космоса в СБ на основе с^ значения основных фотоэлектрических параметров уменьшаются. Анализ ВАХ СБ на основе с^, хранившихся на Земле и эксплуатировавшихся в открытом космосе, показал, что можно выделить три диапазона температур П. от -100°С до -40°С; 2. от -40°С до +130°С; 3. от +130°С до +180Х) с различной зависимостью между током напряжением. В этих диапазонах температур, в свою очередь, можно выделить диапазоны прямых смещений (1. 0-60 мВ; 2. 60-300 мВ; 3. 300-500 мВ; 4. более 500 мВ), в которых преобладают различные механизмы токопереноса.

В главе 5 представлены результаты, полученные с использованием разработанной методики моделирования ВАХ СБ, измеренных в условиях освещения и в условиях темноты при различной температуре. Проанализированы преобладающие механизмы переноса носителей заряда в СБ на основе а^:Н с р-ьп структурой, сформированных с использованием методов ВЧ ПХО и НЧ ПХО. Представлены результаты анализа работы СБ на основе с-Si в условиях открытого космоса, которые получены с помощью разработанной методики моделирования ВАХ СБ, апробированной на СБ на основе а^кН.

В разделе 5.1 проведен анализ ряда моделей наиболее точно описывающих ВАХ СБ на основе а^:Н. При этом обработка

данных проводилась с использованием уравнения (1):

(О

/=0

где п - число точек ВАХ; 1ли|П - экспериментальные значения тока, 1Теорп - теоретические значения тока, полученные за счет варьирования параметров в модели; 0 - параметр, позволяющий оценить точность совпадения теоретической модели с экспериментальными данными.

Результаты анализа показали, что наиболее точно ВАХ СБ на основе а-БкН, измеренные в условиях освещения, описываются выражением (2):

ч{у-тпУ

1 = 1«, -7„|1е>Ф

п^кТ

п-,кТ

-1

-1 -

V г

(2),

я

ш

где 1ф - фототок, 1„ - ток насыщения, п - коэффициент идеальности, Яп - последовательное сопротивление, - шунтирующее сопротивление, к - постоянная Больцмана, Т - температура, ц -заряд электрона.

Вольт-амперные характеристики СБ на основе а-5Ж, измеренные в условиях темноты, наиболее точно описываются выражением (3):

ЙлЕЛ

пхк,Т п-,кТ

-1 +

-1 +

(У-1*„)

(3).

я

11]

В результате моделирования ВАХ СБ на основе а-БкН были получены основные электрофизические параметры, которые были исследованы в зависимости от температуры.

Анализ основных параметров показал, что в СБ на основе а-БкН, сформированных с использованием метода ВЧ ПХО, пре-

обладает рекомбинационный механизм токопереноса, а в последовательное сопротивление преобладает вклад механизма тунне-лирования. Шунтирующее сопротивление характеризует токи утечки, которые обусловлены объемными свойствами отдельных слоев р-1-п структуры.

В СБ на основе а^1:Н, сформированных с использованием метода НЧ ПХО, преобладает механизм многоступенчатого тун-нелирования с захватом и эмиссией носителей заряда на ловушках, что связано с некоторым увеличение плотности глубоких энергетических состояний, обусловленных дефектами типа оборванная связь, и протяженности хвостов зон, обусловленных разу-порядочением структуры. При этом происходит уменьшение потенциального барьера, который необходимо преодолеть носителям при туннелировании от одного состояния к другому. В результате увеличивается вероятность возникновения механизма переноса носителей заряда, обусловленного туннелированием в области объемного заряда.

На границе раздела металл/полупроводник вероятность тун-нелирования определяется высотой и шириной барьера, который необходимо преодолеть носителям. Ширина барьера в свою очередь определяется изгибом зон, который зависит от степени легирования, и уменьшается с приближением уровня Ферми к краю щели по подвижности. В СБ на основе а^1:Н, сформированных с использованием метода НЧ ПХО, на границе раздела металл-полупроводник наряду с туннелированием вклад в последовательное сопротивление вносит и механизм токопереноса, обусловленный термоэмиссией. В этом случае появление вклада термоэмиссионной составляющей в последовательное сопротивление СБ, сформированных методом НЧ ПХО, можно объяснить меньшим смещением уровня Ферми к краю щели по подвижности в легированных слоях по сравнению с СБ, сформированными с использованием метода ВЧ ПХО, что может быть связано с большей плотностью глубоких состояний и состояний на хвостах зон в 1-слое а^кН.

Таким образом, показана перспективность использования метода НЧ ПХО для формирования СБ на основе а^1:Н при повышенных скоростях роста и пониженной температуре осаждения.

Однако, для повышения эффективности СБ, сформированных с использованием метода НЧ ПХО, необходимо дальнейшее совершенствование технологии формирования солнечных батарей. В связи с этим в работе предложены возможные пути решения данной задачи.

В разделе 5.2 представлены результаты моделирования ВАХ СБ на основе е-Б1, хранившихся на Земле и эксплуатировавшихся в открытом космосе, полученные с использованием разработанной универсальной методики, апробированной при моделировании ВАХ СБ на основе а-Б1:Н.

Результаты анализа показали, что наиболее точно ВАХ СБ на основе е-Б1, измеренные в условиях освещения, описываются выражением (4):

, , , I \ч(У-тпУ\ ,1

а для описания ВАХ СБ на основе е-Б1, измеренных в условиях темноты, необходимо использовать выражение (3).

Проведен анализ параметров СБ на основе е-Б1, полученных в результате моделирования, который показал, что_под воздействием условий открытого космоса значительно изменяется и увеличивается распределение плотности состояний от потолка валентной зоны е-Б1 до уровня, отстоящего от потолка валентной зоны на 0,46 эВ, в запрещенной зоне е-Б1.

В интервале температур от +30°С до +100°С в диапазоне прямого смещения 60-300 мВ в СБ преобладает многоступенчатое туннелирование с захватом и эмиссией носителей заряда на ловушках. В результате образования дополнительных глубоких уровней в запрещенной зоне е-Б1 смещается положение энергетического уровня, контролирующего токоперенос, в сторону потолка валентной зоны с 0,46 до 0,26 эВ.

В области низких температур при прямом смещении от 720 до 800 мВ в СБ на основе е-Б1 преобладает многоступенчатое тунне-лирование с захватом и эмиссией носителей заряда на ловушках. Под воздействием условий открытого космоса происходит смещение положения энергетического уровня, контролирующего то-коперенос, с которого происходит эмиссия дырок в валентную

зону с-Б1 с 0,14 до 0,18 эВ относительно потолка валентной зоны. В то же время, не наблюдается существенного изменения величины и распределения плотности состояний в энергетическом диапазоне ±0,2 эВ от середины ширины запрещенной зоны с-Б1 под влиянием условий открытого космоса, что не приводит к заметному изменению положения энергетического уровня, контролирующего рекомбинационный механизм токопереноса, который преобладает в СБ в интервале средних температур при прямом смещении 300-500 мВ.

Результаты анализа температурных зависимостей последовательного сопротивления СБ показали, что под воздействием условий открытого космоса образовались мелкие уровни ловушек вблизи краев запрещенной зоны с-Бь

В данном случае зависимость Яп от температуры описывается выражением (5):

где е5 - диэлектрическая проницаемость полупроводника, во - диэлектрическая проницаемость вакуума, ш* - эффективная масса основных носителей заряда, /? - постоянная Дирака, N0 - концентрация некомпенсированных примесей, фв - высота потенциального барьера. В этом случае Яп практически не зависит от температуры.

Это приводит к тому, что в области средних температур в диапазоне прямого смещения более 500 мВ преобладает тунне-лирование на границе раздела металл/полупроводник.

В области низких температур в диапазоне прямого смещения 0-350 мВ вид ВАХ СБ определяется шунтирующим сопротивлением, которое характеризует токи утечки. В СБ, хранившихся на Земле, в шунтирующее сопротивление преобладает вклад токов утечки, обусловленных объемными свойствами структуры СБ. В то же время длительное влияние условий открытого космоса приводит к тому, что в шунтирующее сопротивление СБ начинает преобладать вклад токов утечки, обусловленных объемными макроскопическими дефектами.

Результаты, полученные для СБ на основе c-Si, эксплуатировавшихся в на околоземной орбите, можно интерпретировать следующим образом. При длительном воздействии условий открытого космоса происходят изменения в кристаллической решетке c-Si за счет смещения атомов, что может приводить к разрыву связей Si-Si и образованию оборванных связей кремния. Такие смещения атомов приводят к частичной аморфизации кристаллической структуры монокристаллического кремния, что приводит к возникновению мелких энергетических уровней вблизи краев разрешенных зон c-Si.

Совместный анализ СБ на основе c-Si и СБ на основе a-Si:H показал, что существует некоторая корреляция механизмов токо-переноса в них. В частности, экспериментальную ВАХ, измеренную в условиях отсутствия освещения, как для СБ на основе a-Si:H, так и для СБ на основе c-Si можно наиболее точно описать с использованием одного и того же выражения (3). При этом, увеличение плотности состояний в i-слое СБ на основе a-Si:H, сформированных с использованием метода НЧ ПХО, приводит к возникновению механизма переноса носителей заряда, обусловленного многоступенчатым туннелированием с захватом и эмиссией носителей заряда на ловушках. В то же время за счет длительного воздействия условий открытого космоса в запрещенной зоне c-Si изменяется и увеличивается распределение плотности состояний от потолка валентной зоны до уровня, отстоящего от потолка валентной зоны на 0,46 эВ, что оказывает влияние на механизм токопереноса в СБ на основе c-Si, обусловленный многоступенчатым туннелированием. Однако существуют и отличия в механизмах токопереноса в СБ на основе a-Si:H и СБ на основе с-Si.

Таким образом, разработана универсальная методика моделирования ВАХ СБ для анализа механизмов токопереноса в них. Представлены результаты анализа работы СБ на основе c-Si в условиях открытого космоса, которые получены с помощью разработанной методики моделирования ВАХ СБ, апробированной на СБ на основе a-Si:H. Показано, что с использованием данной методики моделирования могут быть также объяснены механизмы токопереноса в СБ на основе c-Si, эксплуатировавшихся на око-

лоземной орбите, на основе процессов переноса носителей заряда, доминирующих в СБ на основе а-Б1:Н. Это связано с появлением мелких состояний вблизи разрешенных зон с-Б1, в результате аморфизации структуры и, в свою очередь, подтверждает возможность использования выявленных механизмов токопереноса, не только для случая СБ на основе а-БШ, но и в более широком применении, например при анализе механизмов деградации СБ на основе с-Бь

Основные результаты и выводы.

1. Разработаны стенд, который позволяет измерять ВАХ СБ в широком диапазоне температур от -130°С до +150°С в условиях освещения и в темноте, а также универсальная методика, с помощью которой можно моделировать ВАХ как СБ на основе а-БШ и его сплавов, так и СБ на основе с-Б1 с высокой точностью (погрешность не превышает 5%). Методика позволяет определять основные электрофизические параметры СБ, механизмы токопереноса и выявлять взаимосвязь механизмов переноса носителей заряда и параметров солнечного элемента с плотностью состояний в щели аморфного полупроводника.

2. Проведены комплексные исследования химического состава, микроструктуры, а также оптических и электрофизических свойств собственных и легированных пленок а-БШ и сплава р-а-Б1С:Н, сформированных с использованием метода НЧ ПХО. Показано, что основные процессы, контролирующие механизмы роста, а именно, высокий поток радикалов, ионная обработка поверхности определяют также оптические и электрофизические свойства материала. В пленках а-Б1:Н, полученных методом НЧ ПХО, наблюдается уменьшение деградации фотопроводимости под освещением, по сравнению с пленками, полученными с использованием стандартного ВЧ метода (13,56 МГц).

3. Анализ результатов исследования тонких пленок аморфных полупроводников позволил определить оптимальные параметры технологического процесса получения нелегированных и легированных слоев а-Б1:Н, а также а-Б1С:Н приборного качества, в НЧ плазме тлеющего разряда (55 кГц) при высоких скоростях осаждения. Установлено, что для всех пленок оптимальными являют-

ся следующие параметры: температура осаждения Тп=225 °С, мощность разряда W=200 Вт, давление в реакторе Р=70 Па, расход силана SiH4 - 200 см /мин. Пленки i-a-Si:H, осажденные при оптимальном режиме, обладают следующими характеристиками: Nd-3,8-10+16 см"\ (Тф/ат~ 1,0-106. Оптимальная концентрация фос-фина при получении пленок a-Si:H n-типа в газовой смеси составила [РНз]=1,11%. При этом необходимо использовать импульсный режим горения разряда. Пленки a-Si:H n-типа, осажденные с использованием оптимального режима, обладают следующими параметрами: ат=1,7-10"я0м'|-см"1, Еа=0,31 эВ, Eg=l,74 эВ. Оптимальная концентрация диборана при осаждении пленок a-Si:H p-типа составила [В2Нб]=0,44%. В данном случае использование непрерывного режима горения плазмы является оптимальным. Параметы пленок p-a-Si:H составили: Eg=l,67 эВ, Еа=0,46 эВ, ат=3,0-105 Ом1-см1. Концентрация метана СН4 в газовой фазе для получения пленок a-SiC:H р-типа с наилучшими характеристиками составляла [СН4]=70%, а концентрация диборана В2Н6 в газовой фазе - [В2Н6]=0,44%. При этом использовался импульсный режим горения плазмы. Для пленок p-a-SiC:H получены следующие параметры: Еа=0,47 эВ, ат~1,4-10"6 Ом'1-см'1.

4. Проведена оптимизация технологии НЧ ПХО и структуры солнечных батарей на основе a-Si:H и его сплавов. Показано, что наличие буферного слоя, формируемого в составе p-i-n структуры на p-i границе раздела, позволяет улучшать основные фотоэлектрические параметры СБ. Проведена оптимизация толщины i-слоя, которая составила 0,45 мкм. Впервые сформирована СБ на основе a-Si:H с p-i-n структурой, КПД которой составляет -6,5 %.

5. Исследованы механизмы токопереноса в СБ на основе a-Si:H, сформированных с использованием методов ВЧ ПХО и НЧ ПХО. Проведен сравнительный анализ свойств СБ, сформированных с использованием методов ВЧ ПХО и НЧ ПХО. Результаты анализа показали, что в диапазоне 600-800 мВ в СБ на основе a-Si:H, сформированных с использованием метода ВЧ ПХО, преобладает рекомбинационный механизм токопереноса. В диапазоне более 800 мВ преобладает вклад механизма туннели-рования на границе раздела металл/полупроводник.

6. В СБ на основе a-Si:H, сформированных с использованием

метода НЧ ПХО, в диапазоне прямого смещения 600-800 мВ преобладает многоступенчатое туннелирование с захватом и эмиссией носителей заряда на ловушках, а при прямом смещении более 800 мВ, в котором вид В АХ СБ определяется последовательным сопротивлением, увеличивается вклад термоэмиссионного механизма токопереноса на границе раздела металл/п-а-5кН, по сравнению с СБ, сформированными с использованием стандартного высокочастотного метода.

7. Исследованы механизмы токопереноса в СБ, хранившихся на Земле, и СБ, эксплуатировавшихся на околоземной орбите. Показано, что в результате длительного воздействия условий открытого космоса происходят изменения кристаллической решетки е-Б1 за счет смещения атомов. Такие смещения атомов приводят к частичной аморфизации кристаллической структуры монокристаллического кремния, при этом возникают мелкие энергетические уровни вблизи краев разрешенных зон е-Б1. Экспериментальные данные показывают, что в открытом космосе в СБ на основе е-Б1 происходит заметное изменение и увеличение распределения плотности состояний в интервале энергий от потолка валентной зоны е-Б1 до 0,46 эВ. В то же время, не наблюдается существенного изменения распределения плотности состояний в энергетическом диапазоне ±0,2 эВ от середины ширины запрещенной зоны е-Бь

8. В интервале температур от +30°С до +100°С в диапазоне прямого смещения 60-300 мВ в СБ преобладает многоступенчатое туннелирование с захватом и эмиссией носителей заряда на ловушках. В результате образования глубоких уровней в запрещенной зоне е-Б1 смещается положение энергетического уровня, контролирующего токоперенос, в сторону потолка валентной зоны от 0,46 до 0,26 эВ. В области низких температур при прямом смещении от 720 до 800 мВ в СБ также преобладает многоступенчатое туннелирование с захватом и эмиссией носителей заряда на ловушках. При этом под воздействием условий открытого космоса происходит смещение положения энергетического уровня, контролирующего токоперенос, от 0,14 до 0,18 эВ относительно потолка валентной зоны.

9. Образование мелких уровней ловушек вблизи краев запре-

щенной зоны c-Si привело к тому, что в области средних температур в диапазоне прямого смещения более 500 мВ, в котором вид ВАХ СБ определяется последовательным сопротивлением, преобладает механизм туннелирования на границе раздела металл/полупроводник. В области низких температур в диапазоне прямого смещения 0-350 мВ вид ВАХ СБ определяется шунтирующим сопротивлением, которое характеризует токи утечки, обусловленные объемными дефектами, образовавшимися под воздействием условий открытого космоса, в отличие от СБ, хранившихся на Земле, в которых токи утечки обусловлены объемными свойствами структуры СБ.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Сизов А.В. Исследование солнечных батарей на основе кристаллического и аморфного кремния. // Тез. докл. VII Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2000", Москва, МГИЭТ(ТУ),2000,с.62.

2. Сизов А.В. Влияние особенностей структуры кристаллического и аморфного кремния на солнечные батареи на их основе. // Материалы Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов", Москва, МГУ, 2000, с.480.

3. Будагян Б.Г., Черномордик В.Д., Грабов А.Б., Сизов А.В. Солнечные батареи на основе аморфного гидрогенизированного кремния с p-i-n структурой. // Тез. докл. XII Международном симпозиуме "Тонкие плёнки в электронике", Харьков, 23-27 апреля 2001 г, с.36.

4. Сизов А.В., Грабов А.Б. Эффект туннелирования на ловушках в солнечных батареях на основе кристаллического кремния. // Тез. докл. VIII Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и ин-форматика-2001", Москва, МГИЭТ (ТУ), 2001, с.80.

5. Budaguan B.G., Sherchenkov A.A., Chernomordik V.D., Grabov А.В., Sizov A.V. Solar cells fabricated with high rate deposition method. // Тез. докл. международного семинара "Modern Problems in the Physics of Surfaces and Nanostructures", Ярославль, 2001,

С.66.

6. Budaguan B.G., Sherchenkov A.A, Grabov А.В., Sizov A.V. Investigation of material degradation mechanisms during the long-term exploitation of solar cells in near-earth space. // Proceedings of 17th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition", International Congress Centre Munich, Germany 22-26 October 2001, pp. 1789-1792.

7. Budaguan B.G., Sherchenkov A. A., Grabov A.B., Sizov A.V. A terrestrial investigation of the material's degradation mechanisms in silicon solar cells, which return from "MIR" space station after ten years exploitation. // Proceedings of 17th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition", International Congress Centre Munich, Germany 22-26 October 2001, pp.2263-2266.

8. Шерченков А.А., Будагян Б.Г., Грабов А.Б., Сизов А.В. Деградация солнечных батарей в результате долговременной эксплуатации на околоземной орбите. // Всероссийская научно-техническая дистанционная конференция «Электроника», Москва, 19-30 ноября 2001 г, с. 150.

9. Сизов А. В. Солнечные батареи на основе аморфного гидроге-низированного кремния и его сплавов. // Тез. докл. VIII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, МЭИ, 2002 г, с.317.

10. Сизов А.В. Оптимизация активного i-слоя в p-i-n структурных солнечных батареях на основе аморфного гидрогенизированного кремния. // Тез. докл. IX Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2002", Москва, МГИЭТ (ТУ), 2002, с.57.

11. Budaguan B.G., Sherchenkov A.A., Grabov A.V., Sizov A.V. Investigation of transport mechanism in silicon solar cells after the exploitation in space. // The proceedings of 29th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, May 20-24, 2002, New Orleans, p.4.

12. Grabov А.В., Sherchenkov A.A., Budaguan B.G., Sizov A.V. A terrestrial investigation of material's degradation mechanisms in silicon solar cells, which returned from "Mir" space station after ten years exploitation. // Proceedings of 6th European Space Power Conference, Porto, Portugal, 6-10 May 2002, pp.733-740.

13. Сизов А.В. Моделирование солнечных батарей на основе р-п перехода. // Тез. докл. IV Международной научно-технической конференции "Электроника и информатика-2002", Москва, МГИЭТ (ТУ), 2002, с.290.

14. Будагян Б.Г., Шерченков А.А., Горбулин Г.Л., Сизов А.В. Новая технология формирования солнечных элементов с повышенной стабилизированной эффективностью на основе сплавов а-БЮе:Н и а-БЮ:Н. // Тез. докл. электронной конференции по подпрограмме: "Топливо и энергетика", научно-технической программе "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники". Ноябрь-декабрь, МЭИ, 2002 год, Москва, с. 139.

15. Сизов А.В. Солнечные батареи на основе а-Б1:Н, сформированные высокочастотным и низкочастотным методами. // Тез. докл. X Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и инфор-матика-2003", Москва, МГИЭТ (ТУ), 2003, с.67.

16. Сизов А.В., Антонов М.А Механизмы токопереноса в солнечных батареях на основе монокристаллического кремния с р-п переходом. // Тез. докл. XI Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2004", Москва, МГИЭТ (ТУ), 2004, с.58.

17. Сизов А.В., Шерченков А.А., Будагян Б.Г., Грабов А.Б. Аморфизация монокристаллического кремния в солнечных батареях на его основе в условиях жесткого космического излучения. // Тез. докл. IV Международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники», изд. СПб ГПУ, Санкт-Петербург, 5-7 июля 2004 года, с.315.

Подписано в печать:

Зак.№. 266 Тираж 75 экз. Уч.-изд.л. 1,2 Формат 60x84 1/16.

Отпечатано в типографии МИЭТ.

124498, Москва, Зеленоград, проезд 4806, д.5, МИЭТ.

16

РНБ Русский фонд

2005-4 22510

Введение.

Глава 1. Тонкопленочные солнечные элементы на основе а

Si:H и его сплавов.

1.1. Принцип преобразования солнечной энергии в электрическую и основные параметры солнечных батарей.

1.2. Сплавы на основе a-Si:H для получения тонкопленочных солнечных элементов.

1.3. Конструкции солнечных элементов на основе аморфных материалов.

1.3.1. Солнечный элемент с барьером Шотки.

1.3.2. Солнечный элемент с p-i-n структурой на основе а

Si:H.

1.3.3. Солнечный элемент с последовательным расположением слоев p-i-n структуры вдоль поверхности 18 подложки.

1.3.4. Многопереходные солнечные элементы.

1.3.5. Солнечные элементы на основе гетероструктур а

Si:H/c-Si.

1.4. Определение последовательного и шунтирующего сопротивлений солнечных элементов.

1.4.1. Методика Каминского, Маршана и Ложе.

1.4.2. Методика Штутенбаумера и Месфина.

1.4.3. Методика Аберла, Венама, и Грина.

1.5. Выводы.

Глава 2. Технология получения тонких пленок аморфных полупроводников и методы исследования свойств тонких пленок и параметров солнечных батарей.

2.1. Технология осаждения пленок a-Si:H в плазме 34 низкочастотного (55 кГц) тлеющего разряда.

2.2. Методы исследования свойств пленок аморфных материалов.

2.2.1. Методы определения химического состава пленок.

2.2.1.1. ИК-спектроскопия.

2.2.1.2. Спектроскопия обратного рассеивания

Резерфорда.

2.2.2. Методы определения оптических и электрофизических свойств легированных и нелегированных 39 пленок на основе a-Si:H.

2.2.2.1. Определение коэффициента оптического пропускания.

2.2.2.2. Температурная зависимость темновой проводимости.

2.2.3. Методы определения плотности состояний в щели подвижности аморфных полупроводников.

2.2.3.1. Метод постоянного фототока.

2.2.3.2. Моделирование температурной и генерационной зависимости фотопроводимости. 44 Методика моделирования Шена и Вагнера.

2.3. Методы исследования параметров солнечных элементов.

2.3.1. Определение параметров солнечных батарей из измерений световых вольт-амперных характеристик.

2.3.2. Методика анализа вольт-амперных характеристик в условиях темноты.

2.3.2.1. Измерительный стенд для снятия вольт-амперных характеристик в условиях темноты при 47 различной температуре.

2.3.2.2. Методика определения параметров солнечного элемента.

2.4. Выводы.

Глава 3. Исследование свойств тонких пленок аморфного гидрогенизированного кремния и его сплавов.

3.1. Свойства тонких пленок a-Si:H.

3.1.1. Исследование состава и особенностей микроструктуры пленок a-Si:H, полученных методом НЧ 53 тлеющего разряда.

3.1.2. Оптические и электрофизические свойства a-Si:H.

3.1.3. Плотность состояний в щели подвижности a-Si:H.

3.1.4. Светоиндуцированная деградация аморфных материалов, полученных низкочастотным методом и эффект 69 Стеблера-Вронского.

3.2. Свойства тонких пленок a-Si:H п-типа.

3.2.1. Исследование состава и особенностей микроструктуры пленок a-Si:H п-типа.

3.2.2. Оптические и электрофизические свойства пленок пa-Si:H.

3.3. Свойства тонких пленок a-Si:H р-тида.

3.3.1. Исследование состава и особенностей микроструктуры пленок a-Si:H р-типа.

3.3.2. Оптические и электрофизические свойства пленок рa-Si:H.

3.4. Свойства тонких пленок сплава a-SiC:Н р-типа.

3.5. Выводы.

Глава 4. Технология получения солнечных элементов и исследование их параметров.

4.1. P-i-n структуры солнечных элементов на основе a-Si:H и его сплавов.

4.1.1. Солнечные элементы на основе a-Si:H, сформированные с использованием метода высокочастотного 93 плазмохимического осаждения.

4.1.1.1. Технология формирования СБ на основе a-Si:H 93 с использованием метода ВЧ ПХО.

4.1.1.2. Фотоэлектрические параметры солнечных элементов на основе a-Si:H и его сплавов, сформированных с использованием высокочастотного метода.

4.1.2. Солнечные элементы на основе a-Si:H, сформированные с использованием метода низкочастотного 99 плазмохимического осаждения.

4.1.2.1. Технология формирования солнечных элементов с использованием метода НЧ ПХО.

4.1.2.2. Влияние свойств слоев a-Si:H и их сплавов, полученных в плазме НЧ разряда, на характеристики 101 солнечных элементов.

4.1.2.3. Влияние качества p/i границы раздела на характеристики солнечной батареи на основе аморфного 103 гидрогенизированного кремния.

4.1.2.4. Оптимизация толщины слоя нелегированного a-Si:H в p-i-n структурных солнечных элементах.

4.1.2.5. Основные параметры солнечных элементов на основе a-Si:H и его сплавов, сформированных с 107 использованием низкочастотного метода.

4.2. Технология получения и фотоэлектрические параметры солнечных батарей на основе кристаллического кремния.

4.2.1. Маршрут формирования солнечной батареи на основе монокристаллического кремния с р-n переходом.

4.2.2. Основные фотоэлектрические параметры солнечных батарей на основе c-Si.

4.3. Выводы.

Глава 5. Моделирование вольт-амперных характеристик солнечных батарей.

5.1. Моделирование вольт-амперных характеристик солнечных батарей на основе a-Si:H и его сплавов.

5.1.1. Сравнительный анализ результатов расчета с использованием различных моделей описания В АХ СБ на 116 основе a-Si:H.

5.1.2. Результаты моделирования В АХ СБ на основе a-Si:H, измеренных в условиях освещения.

5.1.3. Результаты моделирования В АХ СБ на основе a-Si:H, измеренных в условиях темноты и механизмы токопереноса в 121 p-i-n структуре.

5.2. Моделирование вольт-амперных характеристик солнечных батарей на основе кристаллического кремния с р-n переходом.

5.2.1. Сравнительный анализ результатов расчета с использованием различных моделей описания ВАХ СБ на 134 основе c-Si.

5.2.2. Результаты моделирования ВАХ СБ на основе c-Si, измеренных в условиях освещения.

5.2.3. Результаты моделирования ВАХ СБ на основе c-Si, измеренных в условиях темноты и механизмы токопереноса.

5.3. Сравнение механизмов токопереноса и параметров СБ на основе a-Si:H и СБ на основе c-Si, длительное время проработавших 154 на околоземной орбите.

5.4. Выводы. 158 Общие результаты и выводы. 161 Литература.

В настоящее время развитию полупроводниковой солнечной энергетики придается большое значение во всем мире. Достоинство солнечных батарей (СБ), прежде всего, связано с высокой экологичностью. По прогнозам в XXI веке будет происходить массовый переход мировой энергетики на использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии и роль полупроводниковых преобразователей солнечной энергии в этом процессе будет весьма существенной.

С момента появления первых солнечных элементов эффективность преобразования значительно повысилась. На сегодняшний день коэффициент полезного действия (КПД) СБ из монокристаллического кремния (c-Si) достигает 24,7% [1], а на основе GaAs - 25,1% [1].

Важнейшее значение солнечная энергетика играет в космической технике. На орбите СБ как источники энергии незаменимы, и это обстоятельство сделало космонавтику одним из основных их потребителей. Однако известно, что эксплуатация СБ в условиях жесткого космического излучения приводит к деградации вольт-амперных характеристик (ВАХ) СБ, ухудшению их основных параметров и уменьшению КПД. Изменение вида ВАХ СБ в результате длительной эксплуатации в космическом пространстве связано с изменением условий переноса носителей заряда и изменением преобладающих механизмов переноса носителей заряда (МПНЗ) в СБ.

Наиболее широко применяемым материалом для формирования СБ является c-Si, что связано с отработанностью кремниевой технологии. Однако, прежде чем станут возможны крупно масштабные наземные применения СБ на основе c-Si, необходимо снизить их стоимость более, чем на порядок. В этой связи СБ из аморфных полупроводников, в частности a-Si:H, представляют собой новый перспективный подход в направлении разработки дешевых приборов наземного применения [2-17]. К достоинствам a-Si:H, прежде всего, относятся: 1) дешевизна устройств на его основе и их технологическая совместимость с устройствами на основе c-Si; 2) возможность получения тонких пленок практически на любых подложках - с точки зрения как материала, так и размеров; 3) радиационная стойкость, обеспечивающая стабильную работу приборов в условиях воздействия жесткого ионизирующего излучения; 4) более высокие по сравнению с c-Si коэффициент поглощения и фоточувствительность, обусловленные разупорядоченностью структуры a-Si:H и наличием в ней водорода.

Наибольшего КПД СБ удалось достичь при использовании p-i-n структур. Наличие широкой собственной нелегированной области (i-области) a-Si:H для создания однородного и максимально большого внутреннего электрического поля обеспечивает поглощение света этой областью и соответственно эффективную работу элемента [2].

Современные тенденции в технологии некристаллических полупроводников связаны с сохранением высоких оптических и электрофизических свойств материалов при высокой скорости их роста и низкой температуре процесса. Противоречивость этих требований заключается в том, что увеличение скорости роста требует повышения температуры подложки для сохранения у материалов электронных свойств приборного качества, а понижение температуры при сохранении приборных качеств пленок достигается за счет факторов, значительно снижающих скорость роста.

Повышение скорости роста и понижение температуры осаждения слоев на основе a-Si:H может привести к заметному изменению свойств формируемых слоев и p-i-n структуры СБ в целом. Это в свою очередь приводит к изменению условий переноса носителей заряда в отдельных слоях и на границах раздела p-i-n структуры и изменению преобладающих механизмов токопереноса в СБ.

В связи с этим определение преобладающего механизма переноса носителей заряда как в СБ на основе c-Si, так и в СБ на основе a-Si:H является актуальной задачей. Выявление взаимосвязи между преобладающими механизмами токопереноса, условиями формирования и свойствами СБ будет способствовать целенаправленной оптимизации технологии формирования и конструкции СБ.

Цель работы. Выявление преобладающих механизмов переноса носителей заряда в солнечных батареях на основе a-Si:H и кристаллического кремния для целенаправленной оптимизации технологии формирования и конструкций СБ.

Научная новизна.

Впервые проведены комплексные исследования химического состава, микроструктуры, а также оптических и электрофизических свойств нелегированных и легированных пленок a-Si:H, а также сплава p-a-SiC:H, сформированных при высокой скорости роста и низкой температуре в НЧ плазме тлеющего разряда (55 кГц). Результаты исследований показали, что основные процессы, контролирующие механизмы роста, а именно, высокий поток радикалов, ионная обработка поверхности определяют также оптические и электрофизические свойства материала. В пленках a-Si:H, полученных методом НЧ ПХО, наблюдается уменьшение деградации фотопроводимости под освещением, по сравнению с пленками, полученными с использованием стандартного ВЧ метода (13,56 МГц).

Впервые исследованы механизмы переноса носителей заряда в СБ на основе a-Si:H, сформированных при повышенных скоростях роста и пониженных температурах осаждения в плазме низкочастотного тлеющего разряда (55 кГц). Установлено, что доминирующим механизмом токопереноса в диапазоне прямого смещения 600-800 мВ является многоступенчатое туннелирование в области объемного заряда с захватом и эмиссией носителей заряда на ловушках.

Установлено, что длительное воздействие условий открытого космоса на СБ на основе c-Si приводит к появлению дополнительных состояний вблизи краев разрешенных зон c-Si. Это сопровождается тем, что в области средних температур в диапазоне прямого смещения более 500 мВ преобладает туннелирование на границе раздела металл/полупроводник, в отличие от СБ, хранившихся на Земле.

Практическая значимость.

Разработана универсальная методика, позволяющая с высокой точностью определять электрофизические параметры СБ на основе a-Si:H и его сплавов и СБ на основе c-Si.

Проведена оптимизация технологического процесса получения легированных и нелегированных слоев a-Si:H, соответствующих слоям приборного качества, в низкочастотной плазме тлеющего разряда (55 кГц) при высоких скоростях осаждения и пониженных температурах.

Показана перспективность использования метода НЧ ПХО для формирования СБ на основе a-Si:H с p-i-n структурой. При этом создание буферного слоя, формируемого в составе p-i-n структуры на p-i границе раздела, позволило улучшить основные фотоэлектрические параметры СБ. Впервые, с использованием метода НЧ ПХО, сформирована СБ на основе a-Si:H с КПД 6,5 %.

Выводы и рекомендации, сделанные в диссертационной работе Сизова А. В. в части исследования электрофизических свойств слоев и оптимизации технологии формирования СБ на основе a-Si:H и его сплавов использованы в серии НИР и в учебном процессе МГИЭТ (ТУ) в лекционном курсе и лабораторном практикуме по дисциплинам «Материалы электронной техники» и «Полупроводниковые преобразователи энергии». На защиту выносятся следующие положения.

1. Универсальная методика, позволяющая с высокой точностью (погрешность не превышает 5%) моделировать ВАХ как СБ на основе a-Si:H и его сплавов, так и СБ на основе c-Si. Методика дает возможность проводить моделирование в широком интервале прямого смещения, в отличие от большинства методик, используемых в настоящее время, в которых моделируются отдельные экспоненциальные участки вольт-амперных характеристик.

2. Механизмы токопереноса в СБ на основе a-Si:H, сформированных с высокой скоростью роста и при низкой температуре осаждения с использованием метода НЧ ПХО. В диапазоне прямого смещения 600-800 мВ в СБ на основе a-Si:H преобладает многоступенчатое туннелирование с захватом и эмиссией носителей заряда на ловушках. В диапазоне прямого смещения более 800 мВ возрастает вклад термоэмиссионного механизма токопереноса на границе раздела металл/п-а-Б^Н.

3. Механизмы токопереноса в СБ на основе c-Si, эксплуатировавшихся на околоземной орбите. В результате длительной эксплуатации в открытом космосе в СБ на основе c-Si происходит заметное изменение и увеличение распределения плотности состояний в интервале энергий от потолка валентной зоны c-Si до уровня Ev+Ea=0,46 эВ. В то же время, не наблюдается существенного изменения распределения плотности состояний в энергетическом диапазоне ±0,2 эВ от середины ширины запрещенной зоны c-Si.

Апробация работы.

По результатам исследований были сделаны доклады: на Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов", Москва, МГУ, 2000 г.; 12-ом Международном симпозиуме "Тонкие плёнки в электронике", Харьков, 23-27 апреля 2001 г.; международном семинаре "Modern Problems in the Physics of Surfaces and Nanostructures", Ярославль, 2001 г.; 8-ой

Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, МЭИ, 2002 г.; 4-ой Международной научно-технической конференции "Электроника и информатика-2002", Москва, МГИЭТ (ТУ), 2002 г.; 5 тезисов доклада на 7-11 всероссийских межвузовских научно-технических конференциях студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика", Москва, МГИЭТ (ТУ), 2000-2004 гг; тезисы доклада на 4-ой Международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники», Санкт-Петербург, 5-7 июля 2004 года; опубликованы доклады на зарубежных конференциях: 2 тезиса доклада на 17th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition", International Congress Centre Munich, Germany 22-26 October 2001; 1 тезис доклада на 29-th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, May 20-24, 2002, New Orleans; 1 тезис доклада на Sixth European Space Power Conference, Porto, Portugal, 6-10 May 2002 (ESA SP-502, May 2002), а также в электронных конференциях: Всероссийской научно-технической дистанционной конференции «Электроника», Москва, 19-30 ноября 2001 г; электронной конференции по подпрограмме: "Топливо и энергетика", научно-технической программе "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники", Ноябрь-декабрь, МЭИ, 2002 год, Москва. Результаты также опубликованы в двух отчетах о научно-исследовательской работе: шифр 427-ГБ-53-Гр.-асп.-МФХ и 467-ГБ-53-Гр асп.-МФХ.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ (в том числе 5 статей в трудах зарубежных конференций, а также тезисы докладов на российских и международных конференциях) и 2 отчета по научно-исследовательским работам.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, содержит 175 страниц машинописного текста, включая 41 таблицу, 96 рисунков, 65 формул и список литературы в количестве 108 наименований.

Основные результаты и выводы.

1. Разработаны стенд, который позволяет измерять ВАХ СБ в широком диапазоне температур от —130°С до +150°С в условиях освещения и в темноте, а также универсальная методика, с помощью которой можно моделировать ВАХ как СБ на основе a-Si:H и его сплавов, так и СБ на основе c-Si с высокой точностью (погрешность не превышает 5%). Методика позволяет определять основные электрофизические параметры СБ, механизмы токопереноса и выявлять взаимосвязь механизмов переноса носителей заряда и параметров солнечного элемента с плотностью состояний в щели аморфного полупроводника.

2. Проведены комплексные исследования химического состава, микроструктуры, а также оптических и электрофизических свойств собственных и легированных пленок a-Si:H и сплава p-a-SiC:H, сформированных с использованием метода НЧ ПХО. Показано, что основные процессы, контролирующие механизмы роста, а именно, высокий поток радикалов, ионная обработка поверхности определяют также оптические и электрофизические свойства материала. В пленках a-Si:H, полученных методом НЧ ПХО, наблюдается уменьшение деградации фотопроводимости под освещением, по сравнению с пленками, полученными с использованием стандартного ВЧ метода (13,56 МГц).

3. Анализ результатов исследования тонких пленок аморфных полупроводников позволил определить оптимальные параметры технологического процесса получения нелегированных и легированных слоев а-Si:H, а также a-SiC:H приборного качества, в НЧ плазме тлеющего разряда (55 кГц) при высоких скоростях осаждения. Установлены следующие оптимальные режимы осаждения. Для пленок собственного a-Si:H приборного качества: температура осаждения Тп=225 °С, мощность разряда W=200 Вт, давление в реакторе Р=70 Па, расход силана SiFLj - 200 см3/мин. При этом пленки i-a-Si:H обладали следующими параметрами: Eov=46,8 мэВ, ND=3,8-10+I6 см"3, Оф/От~1,0-106. Для пленок a-Si:H n-типа: Тп=225 °С, W=200 Вт, Р=70 Па, SiH4 = 200 см3/мин, концентрация фосфина в газовой смеси [РН3]=1,11%, режим горения разряда - импульсный. Параметры для таких пленок составили: стт=1,7-10'3 Ом"1 см"1, Еа=0,31 эВ, Eg=l,74 эВ. Для пленок a-Si:H р-типа: ТП=200°С, мощность разряда плазмы 200 Вт, W=70 Па, [В2Н6]=0,44%, непрерывный режим горения плазмы. Параметры пленок p-a-Si:H составили: Eg=l,67 эВ, Еа=0,46 эВ, ат=3,010"5 Ом"1 см"1. Для пленок a-SiC:H р-типа: Тп=225 °С, W=200 Вт, Р=90 Па, концентрация метана СН4 в газовой фазе составляла [СН4]=70%, концентрация диборана В2Н6 в газовой фазе [В2Н6]=0,44%, при этом использовался импульсный режим горения плазмы. Пленки p-a-SiC:H обладали следующими параметрами: Еа=0,47 эВ, ат~1,4-10"6 Ом"'см"'.

4. Проведена оптимизация технологии НЧ ПХО и структуры солнечных батарей на основе a-Si:H и его сплавов. Показано, что наличие буферного слоя, формируемого в составе p-i-n структуры на p-i границе раздела, позволяет улучшать основные фотоэлектрические параметры СБ. Проведена оптимизация толщины i-слоя, которая составила 0,45 мкм. Впервые сформирована СБ на основе a-Si:H с p-i-n структурой, КПД которой составляет ~6,5 %.

5. Исследованы механизмы токопереноса в СБ на основе a-Si:H, сформированных с использованием методов ВЧ ПХО и НЧ ПХО. Проведен сравнительный анализ свойств СБ, сформированных с использованием методов ВЧ ПХО и НЧ ПХО. Результаты анализа показали, что в диапазоне 600-800 мВ в СБ на основе a-Si:H, сформированных с использованием метода ВЧ ПХО, преобладает рекомбинационный механизм токопереноса. В диапазоне более 800 мВ, в котором вид ВАХ СБ определяется последовательным сопротивлением, преобладает вклад механизма туннелирования на границе раздела металл/полупроводник.

6. В СБ на основе a-Si:H, сформированных с использованием метода НЧ ПХО, в диапазоне прямого смещения 600-800 мВ преобладает многоступенчатое туннелирование с захватом и эмиссией носителей заряда на ловушках, а при прямом смещении более 800 мВ, в котором вид ВАХ СБ определяется последовательным сопротивлением, увеличивается вклад термоэмиссионного механизма токопереноса на границе раздела металл/п-а-8Ш, по сравнению с СБ, сформированными с использованием стандартного высокочастотного метода.

7. Исследованы механизмы токопереноса в СБ, хравнившихся на Земле, и СБ, эксплуатировавшихся в космическом пространстве. Показано, что в результате длительного воздействия космического пространства происходят изменения кристаллической решетки c-Si за счет смещения атомов. Такие смещения атомов приводят к частичной аморфизации кристаллической структуры монокристаллического кремния, при этом возникают мелкие энергетические уровни вблизи краев разрешенных зон c-Si. Экспериментальные данные показывают, что под воздействием космического пространства на СБ на основе c-Si происходит заметное изменение и увеличение распределения плотности состояний в интервале энергий от потолка валентной зоны c-Si до 0,46 эВ. В то же время, не наблюдается существенного изменения распределения плотности состояний в энергетическом диапазоне ±0,2 эВ от середины ширины запрещенной зоны c-Si.

8. В интервале температур от +30°С до +100°С в диапазоне прямого смещения 60-300 мВ в СБ преобладает многоступенчатое туннелирование с захватом и эмиссией носителей заряда на ловушках. В результате образования глубоких уровней в запрещенной зоне c-Si смещается положение энергетического уровня, контролирующего токоперенос, в сторону валентной зоны с 0,46 до 0,26 эВ. В области низких температур при прямом смещении от 720 до 800 мВ в СБ также преобладает многоступенчатое туннелирование с захватом и эмиссией носителей заряда на ловушках. При этом под воздействием космического пространства происходит смещение положения энергетического уровня, контролирующего токоперенос, от 0,14 до 0,18 эВ относительно потолка валентной зоны.

9. Образование мелких уровней ловушек вблизи краев запрещенной зоны с-Si привело к тому, что в области средних температур в диапазоне прямого смещения более 500 мВ, в котором вид ВАХ СБ определяется последовательным сопротивлением, преобладает механизм туннелирования на границе раздела металл/полупроводник. В области низких температур в диапазоне прямого смещения 0-350 мВ вид ВАХ СБ определяется шунтирующим сопротивлением, которое характеризует токи утечки, обусловленные объемными дефектами, образовавшимися под воздействием космического пространства, в отличие от СБ, хранившихся на Земле, в которых токи утечки обусловлены объемными свойствами структуры СБ.

1. М.А. Green, К. Emery, К. Bucher, D.L. King and S. 1.ari. // Solar Cell Efficiency Tables (Version 17), Progress in Photovoltaics 9, 2001, pp. 49-56.

2. W. Fuhs and R. Klenk. Thin-film cells overview. // 2nd World Conf. on Photovolt. Solar Energy Convers., 6-10 July 1998, Vienna, Austria, pp. 381-386.

3. K.S. Lim, M. Konagai and K. Takahashi. A novel structure, high conversion efficiency p-SiC/graded p-SiC/i-Si/n-Si/metal substrate-type amorphous silicon solar• cell. // J. Appl. Phys., 1984, v. 56, pp. 538-542.

4. Y. Tawada, M. Kondo, H. Okamoto and Y. Hamakawa. Hydrogenated amorphous silicon carbide as a window material for high efficiency a-Si solar cells. // Solar Energy Mater., 1982, v. 6, pp. 299-315.

5. C.R. Wronski. Amorphous silicon technology: coming of age. // 1st World Conference on Photovoltaic Solar Energy Conversion, Hawaii, 5-9 December 1994, pp. 373-379.

6. Аморфные полупроводники и приборы на их основе. // Под ред. Й. Хамакавы. М.: Металлургия, 1986. - 376 с.

7. R.R. Arya, A. Catalano and R.S. Oswald. Amorphous silicon p-i-n solar cells with graded interface. // Appl. Phys. Lett., 1986, v. 49, pp. 1089-1091.

8. Y. Tawada, K. Tsuge, M. Kondo, H. Okamoto, and Y. Hamakawa. // J. Appl. Phys., 1982, v.53, pp. 5273.

9. T. Takahama, M. Taguchi. S. Kuroda, T. Matsuyama, M. Tanaka, S. Tsuda, S. ® Nakano, and Y. Kuwano. High Efficiency Single- and Poly-crystalline Silicon Solar

10. Cells Using ACJ-HIT Structure. // 7th E.C. PVSEC, 1992, pp. 1057-1060.

11. Y. Kuwano et. al. A more than 16% efficiency HIT structure a-Si/c-Si solar cell using artificially constructed junction (ACJT). // Mat. Res. Soc. Symp., 1992, v.258, pp. 857-868.

12. Yoshihiro Hamakawa. Recent advances in amorphous silicon technologies and its application to solar cells // WREC, 1996.

13. K. Kumagai. // Report of 31st Solar Energy Tech. Promotion Committee, New Sunshine Project HQ, MITI, June, 1994, p.83.

14. K. Kumagai. // Report of 31st Solar Energy Tech. Promotion Committee, New Sunshine Project HQ, MITI, June, 1994, p.87.

15. Y. Bai, J.A. Rand, A.M. Barnett, and L.C. DiNetta. Low Temperature Back Surface Passivation for Thin Film Silicon Solar Cells. // 23th IEEE PVSC, 1993, pp.294-298.

16. Torn Sawada, Norihiro Terada, Sadaji Tsuge, Toshiaki В aba, Tsuyoshi Takahama, Kenichiro Wakisaka, Shinya Tsuda and Shoichi Nakano. High-efficiency a-Si/c-Si heterojunction solar cell. // First WCPEC; Dec. 5-9, 1994; Hawaii.

17. Аморфные и поликристаллические пленки. // Под ред. В.Хейванга. М.: Мир, 1987.- 157 с.

18. М.А. Кгооп, R.A.C.M.M. van Swaajj, М. Zeman, V.I. Kuznetsov, and J.W.Metselaar. //Appl.Phys.Lett., 1998, v.72, p.209.

19. J. Yang, A. Banerjee, and S. Guha. // Appl.Phys.Lett., 1997, v.70, p.2975.

20. A.A. Айвазов, Б.Г. Будагян, С.П. Вихров, А.И. Попов. Неупорядоченные полупроводники. // М.: Высшая школа, 1995, 352 с.

21. В.A. Scott, R.M. Plecenik and Е.Е. Simonyi. Kinetics and mechanism of amorphous hydrogenated silicon growth by homogeneous vapor deposition. // Appl. Phys. Lett., 1981, v. 39, pp. 73-75.

22. B.A. Scott. Homogeneous chemical vapor deposition. // Semiconductors and Semimetals. Ed. J. Pankove, Academic Press, Orlando, U.S.A., 1984, v. 21, part A, pp. 123-127.

23. W. Paul and D.A. Anderson. Properties of amorphous hydrogenated silicon, with special emphasis on preparation by sputtering. // Solar Energy Mater., 1981, v. 5, pp. 229-316.

24. Giamioni and M. Musci. Laser-assisted CVD of amorphous materials. // J. Non-Cryst. Solids, 1985, v.77-78, pp. 743-752.

25. T. Saitoh, S. Muramatsu, T. Shimada and M. Migitaka. Optical and electrical properties of amorphous silicon films prepared by photochemical vapor deposition. // Appl. Phys. Lett., 1983, v. 42, pp. 678-679.

26. A.G. Aberle, S.R Wenham and M.A. Green. A new method for accurate measurements of the lumped series resistance of solar cells. // 23rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 1993, pp. 133-138.

27. A. Kaminski, J.J. Marchand, A. Laugier. Non ideal dark I-V curves behavior of silicon solar cells. // Solar Energy Materials and Solar Cells, 1998, v.51, pp.221-231.

28. Ulrich Stutenbaeumer, Belayneh Mesfin. Equivalent model of monocrystalline, polycrystalline and amorphous silicon solar cells. // Renewable Energy, 1999, v. 18, pp. 501-512.

29. A. Goetzberger, B. Voss, J. Knobloch. // Sonnenenergie: Photovoltaik. Stuttgart: Teubner, 1997.

30. D. Nielsen. Distributed series resistance effects in solar cells. // IEEE Trans. Electr. Dev., 1982, v29, p.821.

31. A Cuevas, G.L. Araujo and J.M. Ruiz. Variation of the internal series resistance with the operating conditions of a solar cell: dark and illuminated cases. // Proc. 5th European Communities Photovoltaic Solar Energy Conference, Athens 1983, p. 114.

32. A. Rohatgi, J.R. Davis, R.H. Hopkins, P. Rai-Choudhury, P.G. McMullin and J.R.McCormick. Effect of titanium, copper and iron on silicon solar cells. // Solid-State Electronics, 1980, v.23, p.415.

33. R.J. Handy. Theoretical analysis of the series resistance of a solar cell. // Solid-State Electronics, 1967, vlO, p.765.

34. J. Perrin. Reactor design for a-Si:H deposition. In: Plasma Deposition of Amorphous Silicon Based Materials. // Ed. by G. Bruno, P. Capezzuto, A. Madan. Academic Press, 1995, pp. 177-241.

35. H. Wiesmann, A.K. Ghosh, T. McMahon and M. Strongin. A-Si:H produced by high-temperature thermal decomposition of silane. // J. Appl. Phys., 1979, v. 50, pp. 3752-3754.

36. A. Gallagher, J. Doyle, D. Doughty. // In Mater. Res.Soc.Symp.Proc., 1989, vol. 149.

37. Robert A. Street. Hydrogenated amorphous silicon. // Cambridge University Press, Cambridge. 1991, p. 46.

38. G. Lucovsky, R.J. Nemanich, J.C. Knights. Structural interpretation of the vibrational spectra of a-Si:H alloys. // Physical Review B, 1979, v. 19, № 4, pp. 20642073.

39. M. Shanks, C.J. Fang, L. Ley, M. Cardona, F.J. Demond, S. Kalbitzer. Infrared spectrum and structure of hydrogenated amorphous silicon. // Phys. Stat. Solidi (B), 1980, v. 100, № l,pp. 43-56.

40. F. Demichelis, G. Crovini, C.F. Pirri and E. Tresso. // Philos. Mag. B, 1996, v. 68, №7, p. 213.

41. F. Demichelis, C.F. Pirri. // Solid State Phenomena, 1995, v. 44-46, p. 385.

42. W.L. Lin, H.K. Tsai, S.C. Lee, W.J. Sah, W.J. Tzeng. // Appl. Phys. Lett., 1987, v.51, p. 2112.

43. P. Rava, G. Crovini, F. Demichelis, F. Giorgis, C.F. Pirri. Characterization of the effect of growth conditions on a-SiC:H films. // J. Appl. Phys., 1996, v.80, № 7, pp. 4116-4123.

44. H. Wieder, M. Cardona and C.R. Guarnieri. // Phys. Status Solidi (b), 1979, № 92, p. 99.

45. D.R. McKenzie. Infrared absorption and bonding in amorphous hydrogenated silicon-carbon alloys. // J. Phys. D. Appl. Phys., 1985, № 18, pp. 1935-1948.

46. T. Heitz, B. Drevillon, J. E. Bouree, C. Godet. Early stages of the growth of hydrogenated amorphous carbon investigated by in situ infrared ellipsometry. // Journal of Non-Crystalline Solids, 1998, v.227-230, pp. 636-640.

47. J. R. Doyle, D. A. Doughty, Alan Gallagher. Germane discharge chemistry. // J. Appl. Phys., 1991, v. 69, №8, pp. 4169-4177.

48. D. A. Doughty, J. R. Doyle, G.H. Lin, Gallagher. // J. Appl. Phys., 1990, v. 67, pp. 6220.

49. J. Tauc. Optical properties of solids. // ed. F. Abeles, North-Holland, Amsterdam, the Netherlands, 1972, p.277.

50. S.R. Wronski. Amorphous silicon and its applications. // Solid State Technology, 1988, v. 31 (6), pp. 113-117.

51. J. Tauc, R. Grigorovici and A. Vancu. Optical properties and electronic structure of amorphous germanium. // Phys. Stat. Sol., 1966, v. 15, pp. 627-637.

52. G.D. Cody, B. Abeles, C.R. Wronski, R.B. Stevens and B. Brooks. Optical characterization of amorphous silicon hydride films. // Solar Cells, 1980, v. 2, pp. 227243.

53. Й. Кочка, M. Ванечек, А. Триска. Энергия и плотность состояний в щели подвижности a-Si:H. // В кн: Аморфный кремний и родственные материалы. Под ред. X. Фрицше. М:Мир. 1991. С.189-222.

54. A. Matsuda, Т. Goto. //Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 1990, v. 164, №3.

55. J.L. Guizot, K. Nomoto, A. Matsuda. // Surf. Sci. ,1991, v.244, № 22.

56. J. Robertson, M.J. Powell. Deposition, defect and weak bond formation processes in a-Si:H. // Thin Solid Films, 1999, v.337, pp.32-36.

57. Engin Kiran and Demir Inan. Technical note. An approximation to solar cell equation for determination of solar cell parameters. // Renewable Energy, 1999, v. 17, pp.235-241.

58. Final report on INTAS. // Project INTAS 94 - p.4352.

59. Materials for solar cells with improved stability. // Project NWO № 047-005-0996. Reports 1-3, 1998-1999.

60. M.H. Brodsky, Manuel Cardona, J.J. Cuomo. Infrared and Raman spectra of the silicon-hydrogen bonds in amorphous silicon prepared by glow discharge and sputtering. // Phys. Rev. B, 1977, v.16, № 8, pp. 3556-3571.

61. A.A. Langford, M.L. Fleet, B.P. Nelson, W.A. Lanford, N. Maley Infrared absorption strength and hydrogen content of hydrogenated amorphous silicon. // Phys. Rev. B, 1992, v.45, № 23, pp. 13367-13377.

62. Shoji Furukawa, Nobuo Matsumoto. Estimation methods for localized-state distribution profiles in undoped and phosphorous-doped a-Si:H. // Phys. Rev. B, 1983, v. 27, № 8, pp. 4955-4960.

63. W.B. Pollard, G. Lucovsky. Phonons in polysilane alloys. // Phys. Rev. B, 1982, v. 26, №6, pp. 3172-3180.

64. E.C. Freeman and William Paul. Infrared vibrational spectra of rf-sputtered hydrogenated amorphous silicon. // Phys. Rev. B, 1978, v. 18, № 8, pp. 4288-4300.

65. J. Daey Ouwens, R.E.I. Schropp. Hydrogen microstructure in hydrogen amorphous silicon. // Phys. Rev. B, 1996, v. 54, № 24, pp. 17759-17762.

66. M. Heintze. Diagnostics of high rate a-Si:H deposition in a variable frequency plasma. // Solid State Phenomena, 1995, v. 44 - 46, pp. 181-194.

67. Yu.P. Raizer. // Gas Discharge Physics, Springer, Heidelberg, 1991.

68. Б.Г. Будагян, А.Ю. Сазонов, A.E. Бердников, A.A. Попов. Увеличение скорости роста при осаждении аморфного гидрогенизированного кремния в низкочастотном тлеющем разряде. // Известия ВУЗов, серия "Электроника", 1997, № 3-4, с. 19-24.

69. A. Goetzberger and Ch. Hebling. Photovoltaic materials: past, present, future. // Solar Energy Materials and Solar Cells, 2000, v. 62, pp. 1-19.

70. К. Чопра, С. Дас. Тонкопленочные солнечные элементы. // Пер. с англ. М.: Мир, 1986.-435 с.

71. Б.Г. Будагян, А.А. Шерченков. Высокоскоростная низкотемпературная технология некристаллических полупроводников. // МИЭТ, Известия Вузов. Электроника, 2000, №4-5.

72. P. Roca i Cabarrocas, P. Morin, V. Chu, J.P. Conde, J.Z. Liu, H.R. Park and S. Wagner. Optoelectronic properties of hydrogenated amorphous silicon films deposited under negative substrate bias. // J. Appl. Phys., 1991, v.69 (5), pp. 2942-2949.

73. А. Меден, M. Шо. Физика и применение аморфных полупроводников. // Пер. с англ. М.: Мир, 1991. -670 с.

74. R.E.I. Schropp and М. Zeman. Amorphous and microcrystalline silicon solar cells: modeling, materials and device technology. // Kluwer Academic publishers, Boston/Dordrecht/London, 1998, p.207.

75. B.G. Budaguan, A.A Aivazov and M.N Meytin. In Amorphous Silicon Technology. // ed. by M. Hack, E.A. Schiff, S. Wagner, R.E.I. Schropp and A. Matsuda (Mater. Res. Soc. Proc. 420, Pittsburgh, PA 1996), pp. 635-640.

76. B.G. Budaguan, А.А. Sherchenkov, G.L. Gorbulin, V.D. Chernomordic. The development of a high rate technology for wide-bandgap photosensitive a-SiC:H alloys. // Journal of Alloys and Compounds, 2001, v. 327/1-2, pp 146-150.

77. B.G. Budaguan, A.A. Sherchenkov, A.E. Berdnikov, J.W. Metselaar, A.A. Aivazov. The properties of a-SiC:H and a-SiGe:H films deposited by 55 kHz PECVD. // Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 1999, v. 557, pp. 43-48.

78. H. Keppner, U. Kroll, J. Meier, and A. Shah. Very high frequency glow discharge: plasma- and deposition aspects. // Solid State Phenomena, 1995, v. 44-46, pp. 97-126.

79. С. Зи. Физика полупроводниковых приборов. // Книга 1, М. МИР., 1984, с.456.

80. S. Banerjee and W. A. Anderson. Temperature dependence of shunt resistance in photovoltaic devices. // Appl. Phys. Lett., 7 July, 1986, v. 49 (1), pp. 38-40.

81. Б.Л. Шарма, P.K. Пурохит. Полупроводниковые гетеропереходы. // пер. С англ./Под ред. Ю.В. Гуляева М.: Сов. Радио, 1979, 232 е., ил.

82. Hideharu Matsuura, Tetsuhiro Okuno, Hideyo Okushi, and Kazunobu Tanaka. Electrical properties of n-amorphous/p-crystalline silicon heterojunctions. // J.Appl.Phys., 15 February 1984, v.55 (4), pp.1012-1019.

83. Сизов А.В. Моделирование солнечных батарей на основе р-n перехода. // Тезисы приняты к участию в 4-ой Международной научно-технической конференции "Электроника и информатика-2002", Москва, МГИЭТ (ТУ), 2002, с.290.

84. David Fuertes Marron. Structural and electronic characterisation of thin-film solar cells based on CVD-grown CuGaSe2. // Dissertation, May 2003, eingereicht im Fachbereich Physik der Freien Universitat Berlin.

85. П.А. Иванов, О.И. Коньков, Е.И. Теруков. Вольт-амперные характеристики электролюминисцентных структур Me/a-Si:H<Er>/c-Si, изготовленных магнетронным распылением. // Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 5, с.617-621.

86. Frantisek Schauer, Stanislav Nespurek, and Hynek Valerian. Space-charge-limited currents in amorphous semiconductors with correlated defects. // J.Appl.Phys., 1 June 1996, v.79 (11), pp.8427-8434.

87. М. Hejjo Al-Rifai, J. Carstensen, and H. Foil. A new passivation method for edge shunts of silicon solar cells. // Proceedings of the 2001 European Photovoltaic Solar Energy Conference, Munich, Germany, 22 26 October 2001, pp. 1424-1427.

88. С. А. Славатинский. Космические лучи и их роль в развитии физики высоких энергий и астрофизики. // Соросовский образовательный журнал, № 10, 1999 год, с.68-74.

89. L.F. Marsal, J. Pallares, X. Correig, J. Calderer, R. Alcubilla. Electrical model for amorphous/crystalline heterojunction silicon diodes (n-a-Si:H/p-c-Si). // Semicond. Sci. Technol., v.l 1, 1996, pp. 1209-1213.

90. УТВЕРЖДАЮ" {роректор МИЭТ ^Поспелов А.С.2004 г,1. АКТоб использовании результатов диссертационной работы Сизова А.В.

91. Механизмы переноса носителей заряда в солнечных батареях на основеa-Si:H и его сплавов и c-Si

92. Указанная методика, экспериментальные образцы и результаты их исследований используются в лабораторном практикуме при обучении студентов по направлению подготовки дипломированных специалистов 654100 «Электроника и микроэлектроника».

93. И.о. зав. каф. Материаловедения и1. Доц., к.т.нфизической химии, д.т.н,

94. УТВЕРЖДАЮ" ТТроректор МИЭТ1. Бархоткин В. А,2004 г.1. АКТоб использовании результатов диссертационной работы Сизова А.В. "Механизмы переноса носителей заряда в солнечных батареях на основе a-Si:H иего сплавов и c-Si".

95. И.о. зав. каф. Материаловедения и1. Доц., к.т.нфизической химии, д.т.н.

96. НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

97. ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО1. AiVl1. УТВЕРЖДАЮ

98. Директор по науке, дАн., профессордбЗарь А.И. 1/ 2004г.об использовании результатов диссертационной работы Сизова А.В.

99. Механизмы переноса носителей заряда в солнечных батареях на основе a- Si:H и его сплавов и c-Si", представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.27.06

100. Диссертант показал, что по измеренным значениям фототока и тока насыщения, последовательного и шунтирующего сопротивлений возможно с высокой точностью моделирование ВАХ СБ в широком интервале прямого смещения.

101. Результаты работ по моделированию ВАХ СБ при освещении и в условиях темноты были проверены в лабораториях НИИ "Зенит" и приняты в качестве базовых для мониторинга параметров солнечных батарей при отработке приборов и аппаратуры космического применения.

102. Применение разработанных методик моделирования позволило сократить время и затраты на проведение работ по оценке параметров применяемых СБ.1. Директор по произволе1. Жмаев B.C.

103. И 124489 Россия, г. Москва, Зеленоград, Панфиловский пр-т, д. 10, http://www.znt.ru. Я(095) 535-2571, 535-1620, факс: (095) 534-5916, e-mail: znt@znt.ru.