Введение к работе
Актуальность темы. Преобразование солнечной энергии в эяокт ричесгуи является одним из перспективных направлений современной энергетики, разгитие которого осуществляется в рамкгч национальных и международных программ. Исследования полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей <й»ЭП) в настоящее время -активно eeqyi— ся в двух направлениях: первое - разработка и создание высокоэффективных ФЭП сложных конструкций на основе совершенных монокристаллов; чторое — разработка дешевых технологий ФЭП на основе аморфных и поликристаллических материалов. В связи с этим в последнее время получили развитие технологии выращивания поликристаллического кремния для ФЭП.
Одним из наиболее экономически перспективных путей получения подложек для ФЭП является выращивание по способу Степанова замкнутых тонкостенных кремниевых профилей, но высокая неоднородность физичеких свойств профилированных кристаллов, наличие границ зерен и других з лектрически активных структурных дефектов снижает КПД (ЧЭП на и.; основе. Поэтому необходимым условием повышения КПД ФЭП является изучение механизмов образования этих дефектов и возможных путей управления ими, что и определяет актуальность работы.
Работа выполнена в рамках региональной научно-технической программы общегосударственного значения, утвержденной постановленном ГКНТ и Госплана СССР No 41/32 от 19.02.86
Цель работы. Провести комплексные исследования физическі м свойств профилированного кремния, выращиваемого в виде тонкостенных замкнутых профилей способом Степанова, и установить влияние этих свойств на параметры ФЭП, изготавливаемых на проф 1лированны подложках, выяснить причины, снижающие эффективность ФЭП.
конкретные задачи исследования.
-
Исследовать морфологми» макроструктуры кремниезых профилей.
-
Исследовать неоднородность кремниевых профилей по толщине вдоль и поперек; направления роста и ее связь с макроструктурой. '-. Провести измерения температуры вблизи фронта кристаллизации е процессе выращивания кремниевого профиля, оценить ее влияние из, толщину.
-
Исследовать распределение электропроводности и времени жизі я неравновесных носителей заряда в профилированных кристаллах в за еисимпсти от макроструктуры кристалла. Установить влияние отжиг > ніа распределения этих параметров.
-
Провести исследования распределения КПЦ для ФЭП с различно -
- 4 -гтрукгтурой подложки, выяснить сеязь структуры и КПД.
&. Разработать методику опти^эских измерений упруги*,: напряжений в К'ррмниевыя профилях- Исследовать распределения .напряжений по площади и по толщине в кремниевых профилях. Си,енить неоднородность по ширине запрещенной зоны в профилированных кристаллах.
Научная новизна состоит з комплексности проведенных мсследований и статистическом подходе к оценке полученных реультатов:
-
Установлено распределение моноблочных, мозаичных и двойниковых областей в структуре многогранных тонкостэнных крэмниевых профилей, отклонение кристаллографической ориентации от традиционной-
-
Установлены корреляция колебаний толщины профиля и температуры Формообрасователя, толщины и макроструктуры исследуемых кремниевых профилей.
3- Установлена связь распределения времени жизнк неравновесных носителей заряда, электропроводности и макроструктуры профилированных кристаллов.
-
Установлена зависимость КПД фЭП пт структури профилированнх подложек, обнаружена существенная неоднородность по КПД при делении и*ЭП на фрагменты.
-
Разработана методика оптических исследований упругих напряжений г профилированных кремниевых кристаллах, установлена неоднородность кремниевых профилей по толщине с помощью разработэнчой методики, корреляция ширины запрещенной зоны и морфологии макроструктуры.
Практическая ценность. Результаты, полученные в работе, могут быть использованы при разработке и оптимизации технологий по производству неоднородных,в частности, профилированных поликристаллов и различных типсв ФЭП на их основе. Измеряя собственые параметры материала и изделий на его основе,можно корректировать условия роста, предсказывая их влияние, на изменение собственных свойств на основе полученных корреляционных оценок. Полученные результаты могут также быть полезными для формирования общих физических представлений о кинетике процессов переноса энергии в неоднородных средах и могут быть исг.ользоеаны на предприятиях, разрабатывающих t-< исследующих технологии фЭП: АО "Сатурн" (г.Краснодар), НПО "Квант" <»-. Москва), Гиредм^т (г. Москва), ФТИ им А.ф. Иоффе (Санкт-Петербург) и др. предприятиях электронной и электротехничэской промышленности.
Основные научные положения, оынисичыр. на защиту-
1. Результаты исследования морфологических типов макрострук-
туры кремниевых многогранны;: профилей, выращиваемы:: способом Степанова, связь макроструктуры г условиями роста.
-
Результаты исследований связи толщины, макроструктуры и тпгтпературы оезлиаи фронта кристаллизации при выращисании профилей.
-
Корреляционные зависимости собственных параметров профилированного поликристалляческого кремния — электропровпднпсти и времени жизни неравновесных носителей заряда о— морфологии макроструктуры ПОЛИІфИСТЗЛЛОП.
-
Корреляция морфологии структуры профилированных ІфПМІ 1ИОВЫХ подложек и основных параметров изготовленных на них ф>Л, и как одно из следствий - снижение К'ПД ФЭП за смет неоднородности под-ложэк из профилированного материала.
-
гапрлботанная меч одика оптических спектралы !ы;: иггледоол-ний распределения уппугих напряжений в профилированных кремниевых крнстаглах.
-
Результат'-! исследований распределения упругих напряжений по площади и толщине кремниевых профилей.
Апробация, работы. Разработанные методики и сделанные нг» ir: основе корреляционные оценки использовались для совершенствование т ехнологического процесса по изготовлению ф.-»П наземного применения на одном из ведущих предприятии, выпускающем в промышленные объемах солнечные модули из полупроводниковых ФЭП — Краснодар ском НЛП "Сатурн'1 \после приватизации — Акционерное общество открытого типа "Сатурн").
Результаты работы докладывались также ь*я шести всесоюзных совещаниях и конференциях: 2-й Всесоюзной конференции 'Структура и -электронные сєойстпа паниц зерен в металлах и полупроводниках", Воронеж, 19-J7 г.; Всесоюзном совещании '"Перспективы разви тмя и создания единой научно-технической, производстпепной и эксплуатационной базы Краснодарского края по использовании возобнез-ляемых источников энергии .і .ірсблемм их использования в народним хозяйстве страны", Геленджик 1988 г.; Всесоюзном совещании по получеі 'икі профилированных кригталлов и ;ізделий способом Степанов-:ї и и;: применению в народном хозяйстве, Ленинград, 19S3 г.; /-и г."-с ./ескізі ігч-і і.о іференцин но росту кристаллов , Москва , і983 г . ; ювещанни-семпнаре "Амсрфные полупроводники и диэлектрики на ос-игзо кр спіни n ti электронике", Одесса 1989, 3-м Всероссийском научном семинаре "Новые материалы длг: гелиознергетнки" Геленджик, IS7'-.' г.
Публикации. Основные результат исследовании опубликованы п
девяти научным работа;:
Структура и объем работы. Диссертация состоит из взеден^ія, четырех глав, заключения и списка литературы. Общи*"' объем диссертации составляет тпЗ страниц. Иллюстративный материал состоит из ^ рисунков им таьлиц, размещенных по главам. Список литературы соде;эжит1э наименований.
