Создание и фотоэлектрические свойства структур на основе CuJnSe2 Магомедов, Мурад Алиевич

Введение к работе

Актуальность темы. К настоящему времени достигнуты значительные успехи в создания высокоэффективных солнечных преобразователей на основе монокристаллических полупроводников (Si. . Gaftб и др.) , которые находят применение преимущественно в энергоснабжении космических систем. Широкое использование таких преобразователей в наземных энергетических установках наталкивается на проблемы высокой себестоимости и технологических сложностей изготовления. Поэтому поиск и исследования новых и дешевых материалов, пригодных для создания эффективных элементов, приобретают все большую актуальность.

В большинстве полупроводниковых материалов, используемых при изготовлении эффективных солнечных фотопреобразователей, коэффициент оптического поглощения в спектральном диапазоне излучения Солнца достигает столь высоких значений, что глубина его поглощения не выходит за пределы нескольких микрометров, тогда как толщины массивных кристаллических подложек, из которых создаются солнечные элементы, обычно составляют 200 - 300 микрометров. Поэтому переход на тонкопленочные солнечные элементы и комплексное исследование их физических свойств принадлежит магис -тральному направлению развития солнечной фотоэнергетики.

Одним из наиболее широко исследованных полупроводников в этом плане является сульфид кадмия. Простота технологии и высокая фоточувствительность в области максимума спектра солнечного излучения делают возможным создание на его основе солнечных элементов (C_UaS-Gl$ , C«VSe_a-clЙ, СсГГе -Ш и ДР-) . при-

годных для широкого применения в качестве наземных фотопреобразователей. Несмотря на значительное число опубликованных работ по исследованию свойств соединений II—V l и их аналогов 1-Ш-vi и полупроводниковых структур на их основе, многие вопросы технологии и, особенно, их взаимосвязь с физическими свойствами остаются до сих пор не изученными вообще или до такой степени, что их применимость остается проблематичной. Между тем очепидно, что расширение круга структур с потенциальным барьером н CutfnSc, может вскрыть новые ЕОЗМОЖНОСТИ создания эффективных фотозлек- " трических устройств и диагностики самого материала.

- 4-Цель работы. Настоящая работа посвящена комплексному физиологическому исследованию фотоэлектрических и оптических свойств кристаллов и тонких пленок СЛ 5а, . направленному в научном плане на выяснение закономерностей фотоактивного погло-

научном плане на выяснение закономерностей фотоактивного щения, а в.практическом - на установление оптимальных условий получения тонких пленок CuIkSee и диодных структур на их основе с требуемыми свойствами.

В

электрическими свойствами,

установление зависимостей электрических свойств

U^$e> от условий их нанесения в методе вакуумного терми-

мического напыления вешества стехиометрического состава,

процессе работы решались следующие основные задачи: осуществление экспериментального выбора условий получения однофазных пленок CuJrtSe, и CcJS с контролируемыми фото-электрическими свойствами.

в одно-

установление зависимостей электрических свойств пленок Cu^Se2 от условий их нанесения в методе вакуумного т мического напыления вешества

иссле.звание закономерностей фотоактивного поглощения
родных пленках Cu3nSe₂ , .

создание на основе объемных кристаллов и пленок См3*S_%диодных структур различного типа и проведение сопоставительных исследований спектральных зависимостей их фоточувствительности,

изучение наведенной анизотропии фоточувствительности в тонко- пленочных диодных структурах на основе СиЗл5е₄.

син-

определены зонные параметры тонких пленок LuJtOe,,, Разработана технология и получены фоточузствительные структуры различного типа на основе пленок Cu^Se₂, оГ-наоузен наведенный фотоплеохроизм и определены параметры . подзаконной фоточувствительности структур на основе пле-

КОК CuJnbe^.

Научная новизна , В работе впервые: разработаны технологические условия управления типом проводимости и концентрацией свободных носителей заряда тонких пленок СідЗпїЦ, в диапазоне от 10¹⁶ до 10²¹ см"³ при Т=300 путем вакуумного термического распыления предварительно тезированного вещества, установлено соответствие спектральных зависимостей оптического поглощения и фотопроводимости однородных пленок Cu^Seg и исходных для напыления кристаллов CuShSefe. в результате исследования фотопроводимости и оптического поглощения определены зонные параметры тонких пленок СиЗа5е_а, технология и получены фоточузствительные структу-"о типа на основе пленок LuJuSp-.

Научная и практическая ценность. Полученные в работе экспериментальные данные привели к обнаружению возможности воспроиз-водимого управления типом и концентрацией

воспроиз-в

водимого управления типом и концентрацией носителей заряда пленках СуУп5е^, что открывает возможность получения пленочных гомопереходов и многослойных структур в едином, технологическом процессе. Обнаруженная высокая фоточувствительность пленок п- tu3n$e_u также указывает на перспективность применения простой технологии вакуумного термического напыления для создания на их основе фотопреобразователей различного типа.

Экспериментальные результаты исследований фотоэлектрических свойств полученных в работе диодных структур из пленок Cu&Sep могут быть использованы при создании широкополосных фотопреобразователей естественного и линейно-поляризованного излучения.

Защищаемне положения:

1. Управление температурой процесса вакуумного испарения порошкообразного диселенида меди и индия при изотермической конденсации вещества на нагреваемые подложки дает возможность контролировать тип и концентрацию носителей заряда в пленках Cw^JuSso вплоть до конверсии типа проводимости, что позволяет изготов-лять в едином технологическом цикле как п-р так и многослойные структуры из

2. Квантовая эффективность фотопреобразования в барьерах Шот-тки и фотоэлектрохимических ячейках на основе объемных кристаллов с концентрацией свободных дырок 10¹⁶ - 10^⁷ см^-3 в глубине фундаментального поглощения Cul/n^e,, остается практически неизменной, что является следствием снижения уровня рекомбинацион-ных потерь на межфазной границе металл (электролит) - полупроводник .

3. Контакт поликристаллических пленок СдЛи$е₂ со сколотыми плоскостями слоистых полупроводников (на примере ЯиЗеи CuFeTen) обнаруживает фотовольтаический эффект, который может применяться при создании фотопреобразователей и экспрессной диагностике совершенства поверхности пленок.

4. Ионная имплантация кислорода в пластины п~типа проводимости приводит к образованию п-р-структур, фотоэлектрические параметры которых определяются радиационным легированием Матрицы при внедрении в нее ионов кислорода.

- А. -

5. Термообработка тонкопленочных гетероструктур п- Ы& V-p--Сг,%Ц,в вакууме при температурах 20О-400С трансформирует спектральный контур их фоточувствительности такий образом, что увеличивается вклад фотоактивного поглощения в CdР вследствие компенсации в результате диффузионного поступления меди из узкозонной компоненты гетероструктуры.

6. Увеличение фототока короткого замыкания и возникновение поляризационной фоточувствительности достигаются при наклонном падении линейно-поляризованного излучения на приемную плоскость тонкопленочных гетероструктур Cd& -См^їЦ. Коэффициент фотоплеохроизма растет с увеличением угла падения излучения по квадратичному закону 9~9^аи при В= 80 достигает Ы%. Увеличение фототока короткого замыкания происходит при совмещении плоскости поляризации с плоскостью падения и обусловлено снижением потерь на отражение. Наведенный фотоплеохроизм обладает поляризационным эффектом окна, который указывает на применимость тонкопленочных гетероструктур в качестве широкополосных фотоанализа-торов линейно-поляризованного излучения.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на УШ-й' Меадународной конференции - Тройные и многокомпонентные соединения" (Кишинев, 1990); на Н-й научной конференции ' Фотоэлектрические явления в полупроводниках" ( Ашхабад, 1991) ; на Ш-й Всесоюзной конференции " Материаловедение халь-когенидных полупроводников" (Черновцы, 1991); на научных семинарах в ФТИ им. А.Ф.Иоффе АН России. .

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 научных работ, приведенных в конце автореферата.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения. четырех глав и заключения. Изложена на 223страницах, в том,числе !54 страницах машинописного текста, содержит 69 рисунков, 8 таблиц и список цитированной литературы из 187 наименований.