Введение к работе
Актуальность темы, В сфере фотоэлектрического преобразования солнечной энергии, несмотря на прогресс последних лет, по-прежнему стоит вопрос 9 повышении КПД солнечных элементов (СЭ) наряду с уменьшением стоимости единицы мощности солнечных энергоустановок. Анализ научных статей и рекламных изданий фирм-производителей СЭ и установок иа их основе показал, что интерес к ним, а следовательно, и цена таких установок имеют ярко выраженную суперлинейную зависимость от КПД СЭ. Это указывает на актуальность исследований, направленных на повышение КПД СЭ.
Особое место в обширном семействе солнечных элементов занимают ге-терофотопреобразователи на основе GaAs. Гетерофотопреобразователи на основе GaAs, впервые разработанные в Физико-техническом институте им А.Ф. Иоффе в 1970 году, обеспечивают на данный момент максимальный КПД преобразования как прямого, так и концентрированного солнечного излучения, имеют наилучшую температурную и высокую радиационную стабильность КПД, хорошо сочетаются с другими материалами в каскадных солнечных элементах, в частности.с GaSb.
Для производства гетерофотопреобразовагелей на основе GaAs в настоящий момент широко используется метод газофазовой эпитаксии из металл -органических соединений (МОГФЭ). Недостатком этого метода является использование особо токсичных газов, что уже привело к человеческим жертвам при авариях на установках для МОГФЭ, а также высокая техническая сложность и. соответственно, стоимость установок. Альтернативой этому методу является жидкофазная эпитаксия (ЖФЭ), которая характеризуется отсутствием использования опасных веществ, способных в случае аварии привести к катастрофическим последствиям, простотой и низкой стоимостью технологическою оборудования. Таким образом, при достижении высокой производительности метода ЖФЭ и высоких КПД СЭ, созданных на спнпго ЖФЭ-структур, яюі метод может быть предпочтительнее МОГФЭ
Целью диссертационной работы является проведение физико-технологических исследований эпитаксиального роста в системе Al-Ga-As и диффузии примесей из жидкой и газовых фаз для получения структур высокоэффективных СЭ большой площади и увеличения производительности метода ЖФЭ, а также разработка солнечных элементов на основе GaSb, хорошо сочетающихся с СЭ на основе GaAs в каскадных СЭ, для дальнейшего повышения КПД фотоэлектрических преобразователей.
Научная новизна и практическая ценность заключается в следующем.
Показано, что изотермическая ЖФЭ в системе "AI-Ga-As-Zn-расплав / GaAs-подложка" в отличие от ЖФЭ с принудительным охлаждением расплава позволяет получать структуры для СЭ больших площадей (> 6 см2) без дефектов, снижающих напряжение холостого хода.
Обнаружено, что при изотермической ЖФЭ положение подложки (горизонтальное или вертикальное) играет существенную роль в последовательности и характере процессов растворения и роста, протекающих на границе жидкой и твердых фаз.
Определено влияние состава газовой фазы и температуры на процесс низкотемпературной (Тмин= 450С ) диффузии цинка в GaSb в квазиздкрытой системе.
Показано, что низкотемпературная диффузия цинка из газовой фазы в квазизакрытой системе позволяет воспроизводимо и производительно получать структуры для GaSb СЭ.
Полученные результаты имеют большое практическое значение для создания СЭ наземного и космического назначения.
Основные положения, выносимые на зашиту:
1. При изотермической эпитаксии из жидкой фазы Al-Ga-Аь на подложке GaAs, находящейся в горизонтальном положении, растворение подложки предшествует эпитаксиальному росту на ней г-'оя AIGaAs, а в вертикальном положении оба процесса происходят одновременно, что объясняется различными условиями для конвекции избыточного мышьяка в расплаве.
-
Изотермическая жидкофазная эпитаксия, сопровождающаяся ди фузией цинка из жидкой фазы, в отличие от жидкофазной эпитаксии с принудительным охлаждением расплавов позволяет получать структуры для AIGaAs / GaAs солнечных элементов площадью до 6 см2 без микродефектов, что приводит к увеличению напряжения холостого хода солнечных элементов.
-
Изотермическая эпитаксия в системе "AI-Ga-As-Zn-pacnnae/GaAs-nofl-ложка" как при вертикальном, так и горизонтальном расположении подложек позволяет получать солнечные элементы с площадью до 4 см2 с КПД больше 22% (АМ1.5) при прямой засветке и КПД около 25 % (AM 1.5) при концентрации солнечного излучения до 100 солнц.
-
Низкотемпературная диффузия цинка (Т = 450'С) в подложки n-GaSb обеспечивает воспроизводимое и производительное получение GaSb-структур с фотоэлектрическими характеристиками, удовлетворяющими требованиям к структурам солнечных элементов: близкой к 100% внутренней квантовой эффективностью в диапазоне длин волн В00 - 1650 нм, низкими токами утечки р-п-перехода и напряжением холостого хода 0.48 В при засветке, соответствующей примерно 100 солнцам.
Апробация результатов работы, Основные результаты диссертационной работы докладывались на 5-ой Всесоюзной конференции по физическим процессам в полупроводниковых гетероструктурах (Калуга, 1990 г.) и 4-ой Европейской конференции по космической энергетике (Пуатье, Франция, 1995 г.).'
Пубіїшашій, По теме диссертации опубликовано 4 научных работы. Список публикаций приводится в конце реферата.
Объем.работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, залключе-ния и списка литературы. Она состоит из 105 страниц, 48 риоункоп, I таблицы Список цитируемой литературы насчитывает 61 наименований,
