Введение к работе
Актуальность работы. Проблема синтеза и исследование субструктуры пленок тройных соединений с решеткой халькопирита и, в частности, CuInSe2 актуальны в связи с рядом обстоятельств.
Во-первых, пленки CuInSe2 (CIS) зарекомендовали себя как перспективные материалы для создания высокоэффективных солнечных преобразователей. Созданные на их основе гетероструктуры обеспечивают высокий коэффициент полезного действия- более 18%. При многообразии способов, реализуемых для синтеза CuInSe2, наиболее существенные результаты достигнуты при вакуумной конденсации компонентов из паровой фазы и термической активации процесса синтеза путем повышения температуры подложки, ограничения на которое накладывает термостойкость используемой при изготовлении гетероструктур солнечных батарей стеклянных (в перспективе-полимерных) подложек. В этой связи актуальным является поиск нетрадиционных (атермических) методов активации синтеза CIS. Например, импульсная фотонная обработка некогерентным излучением ксеноновых ламп существенно ускоряет процесс образования интерметаллидов при твердофазном взаимодействии. Отмечается существенное ускорение твердофазного синтеза новых фаз, локализация структурных превращений у свободной поверхности, высокая дисперсность формируемой структуры, снижение температурного воздействия на подложку.
Во-вторых, при интенсивном исследовании оптоэлектронных свойств гетероструктур на основе CIS, сохраняется недостаток данных о субструктуре пленок, ее связи с условиями роста. Практически отсутствуют данные об эпитаксиальном росте пленок CuInSe2.
Цель работы- сравнительное исследование зависимости фазового состава и субструктуры тонких пленок CIS, синтезированных при термическом испарении и конденсации в вакууме и магнетронним распылением в вакууме от температуры, а также анализ возможности термической и фотонной активации процесса синтеза CuInSe2.
Решались следующие задачи:
-
Исследование фазового состава, ориентации и субструктуры пленок, образующихся при термическом испарении и конденсации . в вакууме и при магнетронном распылении в зависимости от температуры подложки.
-
Исследование влияния термической обработки и импульсной фотонной обработки (ИФО) некогерентным излучением ксеноновых ламп на фазовый состав и субструктуру пленок состава, близкого к стехиометрическому, сконденсированных на неподогреваемые подложки.
-
Исследование закономерностей ориентированной кристаллизации пленок CuInSe2 на фторфлогопите при термическом испарении компонентов и конденсации в вакууме.
Научная новизна исследований.
1. В работе впервые проведено сопоставление фазового состава и
субструктур тонких пленок CuInSe2, синтезированных методами
термического испарения, магнетронного распыления и конденсации в
вакууме на различных подложках в диапазоне температур (50-650С).
2. Определена зависимость ориентации пленок CuInSe2 на
фторфлогопите от температуры подложки для двух "способов синтеза:
термического испарения и магнетронного распыления.
3. Определена субструктура межфазных границ в двухфазных
ориентированных пленках CuIhSe2. "..'>""
4. Показана возможность синтеза пленок 'CuiriSe2 методом
импульсной фотонной обработки пленок состава, близкого к (Cu-In'-2Se).
5. Определена зависимость эффекта ИФО тонких пленок CulnSe2 от
типа подложки.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту:
-
Режимы термического испарения и конденсации в вакууме, магнетронного распыления и ИФО, обеспечивающие синтез пленок CuInSe2. '
-
При термическом испарении и конденсации в вакууме и при магнетронном распылении возможен синтез тонких пленок CuInSe2 с двухосной текстурой: (112), [ ПО] CIS I 1(001), [100]F с некогерентным сопряжением на межфазной границе СшпБег-фторфлогопит.
-
При ИФО некогерентным излучением ксеноновых ламп пленок состава, близкого к стехиометрическому, возможен ускоренный синтез пленок тетрагонального соединения CuInSe2. .. -..,,.-
-
Активация синтеза тонких (0,1 -0,15 мкм) пленок на lylo при. ИФО происходит вследствие локализации энергии излучения .в-металлической пленке. ~и--
Практическая ценность работы. Установлены режимы синтеза пленок CuInSe2, получены данные об их. фазовом составе, субструктуре и ориентации. Предложен способ активации процесса синтеза импульсной фотонной обработкой пленок, предварительно сконденсированных при невысоких температурах, направленный на решение проблемы температурных ограничений при использовании подложек ,с, невысокой термостойкостью.
Результаты работы могут быть использованы в процессе; создания солнечных элементов на основе CIS.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВГТУ, (1998), на 5-й международной конференции "Пленки и покрытия'98" (Санкт-Петербург, 1998), на 12 -й международной конференции по электронной микроскопии (Черноголовка 1998г.), на 2-ом Всероссийском семинаре, "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении" (Воронеж, 1999г.).
Публикацин.По теме диссертации опубликовано 10 научных работ
Личный вклад автора. Самостоятельно автором были реализованы методики Синтеза тонких пленок CuInSe2, а также разработаны режимы импульсной фотонной обработки пленок CIS. Проведены электронно-микроскопические исследования и выполнен анализ фазового состава, субструюуры и ориентации тонких пленок.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов" и' списка литературы. Она содержит 113 страниц машинописного''Текста, включающих 24 таблицы, 37 рисунков, 91 библиографический источник;
Диссертация выполнена в региональной лаборатории электронной микроскопии и электронографии кафедры физики Воронежского государственного технического университета в соответствии с планом госбюджетных НИР по теме "Структура пленок и многослойных пленочных систем", планом научно-исследовательских работ ВГТУ по научному направлению "Физика, химия и технология конструкционных и функциональных материалов различного назначения" по теме "Перспективные тонкопленочные материалы для электронной техники" (№ГР 01960009745), а также в рамках проекта INTAS-96-0206.