Спосіб отримання фотовольтаїчних кремнієвих структур

Реферат: Винахід належить до галузі матеріалознавства і може бути використаний у радіоелектронному, напівпровідниковому та оптоелектронному приладобудуванні, зокрема при виробництві кремнієвих фотодетекторів та газових сенсорів. Спосіб отримання фотовольтаїчних кремнієвих структур полягає у використанні, монокристалічного кремнію орієнтації (100), n - типу провідності, товщиною 400 мкм, з питомим опором 4,5 Ом*см, на тильну поверхню якого термовакуумно напилюють плівку срібла товщиною 1 мкм. Потім зразок анодують у розчині фтористоводневої кислоти в етанолі при об'ємному співвідношенні компонентів HF: С 2Н5ОН =1:1 при густині струму 30 мА/см упродовж 3 хвилин при освітленні потоком видимого світла 18000-20000 лм. Поверхню зразка промивають дистильованою водою і сушать у потоці повітря при кімнатній температурі впродовж 30 хв. Отриманий зразок занурюють у 1-10 % розчин йоду в етанолі на 1-3 с і отримують р-n переходи. Зразок сушать при кімнатній температурі упродовж 30 хв, після чого на поверхню зразка наносять електричний контакт та покривають захисним лаком. Електричний контакт може бути точковий або площинний притискний. Точковий контакт наносять у вигляді краплі електропровідного графітового лаку діаметром 2 мм а площинний притискний контакт отримують за допомогою скляної пластини, сторону якої з електропровідним прозорим шаром SnO2 притискають до поверхні пористого кремнію. Технічним результатом винаходу є спрощення та здешевлення технологічних процесів. UA 105248 C2 (12) UA 105248 C2 UA 105248 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі матеріалознавства і може бути використаний у радіоелектронному, напівпровідниковому та оптоелектронному приладобудуванні, зокрема при виробництві кремнієвих фотодетекторів та газових сенсорів. Дослідження фотовольтаїчних структур є актуальним в даний час оскільки у всьому світі йде активний пошук альтернативних джерел енергії, ефективних реєстраторів світлових потоків та заряджених частинок. Основні напрямки наукових досліджень зосереджені на підвищенні ефективності фотовольтаїчних структур на основі напівпровідникових та органічних сполук, покращення економічних параметрів технологічних процесів. Особливий інтерес викликають дослідження детекторів та перетворювачів на основі наноструктур пористого кремнію (ПК). Відомий спосіб "Спосіб виготовлення фотодіодів " - (Деклараційний патент України на винахід UA № 336197 А, МПК H01L31/18, 2001 p.). Спосіб виготовлення кремнієвих фотодіодів передбачає застосування послідовності планарно-дифузійних процесів з поступово спадаючою температурою кожного наступного етапу, а саме: окислюють кремнієву пластину при температурі 1423 К для створення захисного шару, проводять дифузію фосфору при 1323 К у вікна, відкриті в оксиді для формування р-n переходу, здійснюють дифузію бору у зворотний бік кремнієвої пластини при 1223 К для створення омічного контакту на цій стороні. Згідно зі способом, фотодіод створюють традиційними планарно-дифузійними процесами, що призводить до появи механічних напружень у кристалічній ґратці фотодіоду. Ці внутрішні напруження є небажаними генераторами носіїв темнового струму, що призводить до зниження виходу придатних фотодіодів. Для збільшення виходу придатних за темновим струмом фотодіодів, отриманий зразок фотодіода піддають одночасному впливу електричного та магнітного полів (тороїдного характеру) через поверхню конічної форми. Відстань від фотодіода до конічної поверхні становить 30-90 мм, тривалість обробки не менше 30 хв, а напруженість електричного поля знаходиться у межах 50-1500 В/см. Недоліком винаходу є складність технологічних процесів та виникнення внутрішніх механічних напружень, які знижують вихід придатних фотодіодів. Відомий "Фотопреобразователь" - (Патент Росії RU № 2345445, МПК H01L 31/04, 2009 p.). Фотоперетворювач містить діелектричну підкладку, на якій розміщені послідовно включені шари монокристалічного кремнію з ділянками різного типу провідності. Шари монокристалічного кремнію мають товщину 5-15 мкм, розміщені планарно на підкладці та ізольовані один від одного. Ділянки одного типу провідності кожного шару монокристалічного кремнію з'єднані з ділянками протилежного типу провідності одного із сусідніх шарів монокристалічного кремнію металічними перемичками. На одній ділянці монокристалічного шару кремнію одного типу провідності і на другій ділянці монокристалічного шару кремнію протилежного типу провідності сформовані контактні виводи. Згідно з винаходом, при освітленні фотоперетворювача червоним або зеленим світлом при потужності опромінення 100 мВт/см він генерує напругу вище 1000 В. Фотопертворювач виготовляють способами планарної технології із застосуванням фотолітографії та процесів термічної дифузії легуючих домішок. Недоліком способу, за яким виготовляють фотоперетворювач, є складність технологічних процесів. Відомий "Спосіб виготовлення поверхнево-бар'єрного фотодіода "- (Деклараційний патент України на корисну модель № 7145, МПК H01L 31/18, 2005 p.). Спосіб містить нанесення на нагріту поверхню епітаксійного шару фосфіду галію шару окису металу (двоокису олова або триокису індію Іn2О3, або їх суміші ІТО, або двоокису олова, легованого фтором) та окису або двоокису кремнію та створення омічних контактів, який відрізняється тим, що спочатку на поверхню фосфіду галію наноситься шар окису або двоокису кремнію, в якому створюється отвір, топологія якого відповідає топології фоточутливого елемента, а плівка шару окису металу (двоокису олова або триокису індію або їх суміші, або двоокису олова, легованого фтором), наноситься у створений отвір, причому омічні контакти виконують з двох шарів металу. Недоліком винаходу є технологічна складність дифузійних процесів легування напівпровідникового матеріалу донорними та акцепторними домішками для створення р - n переходу. Відомий "Способ формирования легированных областей при изготовлении кремниевых полупроводниковых приборов" - А.с. Росії SU № 1400386 А1, МПК H01L21/324, 2005 р.). Згідно зі способом, при виготовленні кремнієвих напівпровідникових приладів, що включає вирощування оксиду на кремнієвій підкладці, формуванні рисунка в оксиді, впровадження легуючої домішки, хімічну очистку, дифузійну розгонку в окислювальній атмосфері, який відрізняється тим, що з метою підвищення процента виходу придатних приладів за рахунок покращення очистки поверхні напівпровідника, дифузійну розгонку в окислювальній атмосфері 1 UA 105248 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 проводять з додаванням в окислювальну атмосферу парів йодовмісних компонентів у кількості 0.5-1.5 об'ємних %. Недоліком винаходу є складність технологічних процесів та виникнення внутрішніх механічних напружень, які знижують вихід придатних фотодіодів. Відомий спосіб "Doped nanoparticle-based semiconductor junction" -(Міжнародний патент WO №105863 А1, МПК H01L29/861, H01L21/225, H01L29/06, H01L29/868, 2008 p.). У патенті розкривають спосіб виготовлення напівпровідникового р-n переходу для використання в електронному пристрої. Перехід містить перший напівпровідниковий шар, легований донорами або акцепторами по підкладці так, що перший легований шар має одну полярність і містить сплавлені напівпровідникові наночастинки. Перехід містить другий шар у контакті з першим шаром на підкладці для формування напівпровідникового р-n переходу. Для компоновки легованих напівпровідникових шарів їх вибирають із напівпровідникових матеріалів групи П - VI, III-V, IV-VI або IV. Перший відпал шарів проводять при температурі 220 °C, другий відпал - при температурі 250 °C і 500 °C. Запропонованим способом можна створювати гомоперходи, гетеропереходи та переходи Шотткі. Недоліком винаходу є складність технологічних процесів та виникнення внутрішніх механічних напружень, які знижують вихід придатних фотодіодів. Відомий спосіб "Porous silicon quantum dot photodetector" (Міжнародний патент WO №108479 Al, МПК H01L31/00, 2009 p.). Патент описує спосіб виготовлення та елементи конструкції сонячного перетворювача енергії. Фотодетектор містить кремнієвий шар, який містить квантові точки діаметром 1-7 нм розсіяні у порах матеріалу. Фотодетектор включає дві області кремнію р та n - типу провідності, які утворюють р-n перехід. Частина шару кремнію є пористою, і пори заповнені напівпровідниковим матеріалом, що відрізняється від кремнію. Перший електрод розміщений внизу напівпровідникової пластини, другий - зверху. Для виготовлення електродів застосовують прозорі плівки оксидів металів SnO, ZnO, InO. Недоліком винаходу є складність технологічних процесів. Відомий спосіб "Electroluminescent device comprising porous silicon" -(Європейський патент ЕР №1233460 А2, МПК H01L33/34, 33/00, 2002 p.). Згідно з винаходом, електролюмінесцентний пристрій містить пористу кремнієву область, суміжну область монолітного кремнію, разом з верхнім електричним електродом із прозорого оксиду індію та нижній електрод із алюмінію. Пристрій містить сильнолеговану область для забезпечення омічного контакту. Пориста кремнієва область виготовлена анодизацією через іонно-імплантований поверхневий шар монолітного кремнію. Кремній залишається невідпаленим між етапами імплантації та анодизації. Пристрій має випрямляючий р-n перехід в області пористого кремнію. Недоліком винаходу є складність технологічних процесів. Відомий спосіб "Production process for a photovoltaic device " -(Європейський патент ЕР № 1675186 А1, МПК H01L31/032, H01L31/18, 2006 р.). У патенті описують спосіб виготовлення фотовольтаїчного пристрою, що містить шар прозорого матеріалу, шар легованого матеріалу n -типу, шар легованого матеріалу р - типу. Другий шар, що містить легований матеріал n - типу між шарами прозорого матеріалу та шаром легованого матеріалу р - типу. Для отримання хоча би двох шарів застосовують спосіб осадження з пари і/або спосіб електростатичного осадження. Електростатичне осадження дозволяє осаджувати шари при атмосферному тиску в оточуючій атмосфері. Вимоги, які базуються на вакуумних технологіях осадження можуть бути відкинуті. Вказаним способом можуть бути повністю виготовлені сонячні елементи. Сонячні елементи, виготовлені у відповідності до винаходу володіють параметрами співмірними з параметрами сонячних елементів, виготовлених попередніми технологіями. Винахід надає можливість виготовляти шари без етапу охолодження. Недоліком винаходу є складність технологічних процесів. Відомий спосіб "Solar cell" - (Патент США №20120048372 А1, МПК H01L 31/036, 20060101, H01L031/036, 2012 p.). Згідно з винаходом, сонячний елемент містить підкладку з кристалічного напівпровідника, область емітера виготовлена з некристалічного напівпровідника і утворює р-n перехід з підкладкою. Перша пасивуюча область товщиною 1-10 нм розміщена на підкладці і виготовлена з оксидного матеріалу, перший електрод з'єднаний з емітерною областю, другий електрод з'єднаний з підкладкою. Якщо підкладка є р- типу провідності, то пасивуючу область виготовляють з оксиду алюмінію. Якщо підкладка є n - типу провідності, то пасивуючу область виготовляють з оксиду кремнію. Напівпровідниковий матеріал n - і р - типу отримують способом іонної імплантації донорних та акцеторних легуючих домішок (бор, фосфор). Недоліком винаходу є складність технологічних процесів та виникнення внутрішніх механічних напружень, які знижують вихід придатних сонячних елементів. 2 UA 105248 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Відомий спосіб "Process for manufacturing solar cell" - (Міжнародний патент WO/2009/054076, МПК H01L 31/04, H01L 31/0236, 2009 p.). За цим способом виготовляють сонячні елементи високої ефективності. Згідно зі способом, на першому етапі на поверхні кремнієвої підкладки створюють текстуру, травлячи підкладку у водному розчині фтористоводневої кислоти та окислювача, що містить металічні іони. Ця процедура створює на поверхні кремнієвої підкладки пористий шар кремнію. На другому етапі отриману структуру травлять у кислотній суміші, що містить фтористоводневу та азотну кислоти для отримання текстури. Недоліком винаходу є складність технологічних процесів. Найближчим за технологічною суттю - прототипом є спосіб "Nanostructured devices"- (Патент Канади СА № 2743743, МПК H01L 31/042, 2010 p.). Згідно з винаходом, виготовляють фотоелектричний пристрій, що містить принаймні два електричні контакти та матеріал, легований домішками р- та n-типу. Як легуючі домішки застосовують хімічні елементи: Р, As, В, 14 -3 Sb, A1, Ga, Cu, In, Аu, Fe, Zn. Легуючу домішку n-типу з концентрацією 4.6*10 см вводять іонною імплантацією в режимі 34 кеВ, нахил зразка 7°. Домішку активують, нагріваючи зразок до 1000 °C упродовж 30 хв. Пристрій містить монолітну область і матрицю нанопровідників, що створюють ґратку, яка контактує з монолітною областю. Глибина р-n переходу, виміряна від дна області нанопровідників, коливається від 30 нм до 3 мкм. Всі нанопровідники у ґратці мають один переважаючий тип легуючої домішки n- або р- типу, і принаймні частина монолітної області також містить цей переважаючий тип легуючої домішки. Частина монолітної області, що містить переважаючий тип легуючої речовини, контактує з ґраткою нанопровідників. Товщина кремнієвої підкладки для створення нанопровідників становить 3-1000 мкм. Діаметр нанопровідників становить 50-200 нм а висота утвореної матриці 0.05-6 мкм. Фотоелектричний р - n перехід знаходиться у монолітній області. Фотоелектричні пристрої цього типу зазвичай містять кремній. Недоліком винаходу є складність технологічних процесів. В основу винаходу поставлена задача удосконалити спосіб отримання фотовольтаїчних кремнієвих структур шляхом використання фізико-хімічної взаємодії розчину йоду в етанолі з поверхнею пористого кремнію, що дасть змогу спростити та здешевити технологічний процес. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі отримання фотовольтаїчних кремнієвих структур, за яким електрохімічно травлять пластину монокристалічного кремнію, створюють р-n перехід, та виготовляють електричні контакти, причому як зразок використовують, монокристалічний кремній орієнтації (100), n- типу провідності, товщиною 400 мкм, з питомим опором 4.5 Ом*см, на тильну поверхню якого термовакуумно напилюють плівку срібла товщиною 1 мкм, анодують у розчині фтористоводневої кислоти в етанолі при об'ємному 2 співвідношенні компонентів HF: С2Н5ОН =1:1 при густині струму 30 мА/см упродовж 3 хвилин при освітленні потоком видимого світла 18000-20000 лм, поверхню зразка промивають дистильованою водою і сушать у потоці повітря при кімнатній температурі впродовж 30 хв, отриманий зразок занурюють у 1-10 % розчин йоду в етанолі на 1-3 с і отримують р-n переходи, зразок сушать при кімнатній температурі упродовж 30 хв, після чого на поверхню зразка наносять електричний контакт та покривають захисним лаком. Електричний контакт може бути точковий або площинний притискний. Точковий контакт наносять у вигляді краплі електропровідного графітового лаку діаметром 2 мм а площинний притискний контакт отримують за допомогою скляної пластини, сторону якої з електропровідним прозорим шаром SnО2 притискають до поверхні пористого кремнію. Суть відмінних ознак підтверджується тим, що авторам невідомі способи отримання фотовольтаїчних кремнієвих структур, які використовують ці ознаки для розв'язування існуючої задачі. Нелінійний і симетричний характер вольтамперної характеристики В АХ структури ПК - n-Si свідчить про існування у такій структурі декількох потенціальних бар'єрів. Адсорбція молекул йоду приводить до зміни характеру ВАХ на випрямляючий (пряма вітка ВАХ відповідає позитивному потенціалу на пористому шарі, фіг. 3, 5). Це вказує на домінування одного з потенціальних бар'єрів. Під впливом освітлення поверхні ПК випромінюванням He-Ne лазера 2 інтенсивністю 60 мВт/см ВАХ адсорбційно модифікованих молекулами йоду структур ПК - n-Si змінюються подібно до ВАХ фотодіодних структур, фіг. 4, 6. Адсорбція молекул йоду, які мають акцепторні властивості, кремнієм приводить до утворення поверхневих рівнів акцепторного типу і відповідному вигину енергетичних зон, що, у свою чергу, спричинює збіднення вільними носіями заряду і, навіть інверсію типу провідності у випадку слаболегованого кремнію, приповерхневої області n-Si. У випадку нанокристалів ПК, яким характерна значна активна поверхня, інверсію електронного типу провідності нанокристалів на дірковий під впливом адсорбції молекул йоду можна очікувати в усьому об'ємі 3 UA 105248 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 нанокристалу подібно до спостережуваної інверсії діркового типу провідності на електронний під впливом адсорбції пористим кремнієм молекул аміаку, які проявляють донорні властивості. В результаті, на границі ПК - n-Si спостерігається виникнення електричних бар'єрів, аналогічних до р-n-переходів у кремнієвих діодах Отже, структуру адсорбційно модифікований ПК - n-Si можна розглядати як матрицю паралельно включених р - п переходів (див.фіг. 14). Під дією опромінення у режимі холостого ходу фотогенеровані електронно-діркові пари розділяються на потенціальному бар'єрі, причому дірки накопичуються у нанокристалах ПК, утворюючи позитивний потенціал на пористому шарі відносно до кремнієвої підкладки. Схожість спектральної залежності фотовідклику структури ПК - n-Si з кремнієвим фотодіодом (фіг.7-10) є додатковим аргументом зв'язку фотоЕРС з поглинанням світла у кремнієвій підкладці та розділенням фотоносіїв на границі кремній - ПК. Описана інтерпретація узгоджується з висновками робіт: В.И. Ляшенко, В.Г. Литовченко, И.И. Степко, В.И. Стриха, Л.В. Ляшенко, Электронные явления на поверхности полупроводников / Под общей ред. В.И. Ляшенко. Киев: Наукова думка, 1968, 400 с; Воронцов А.С., Осминкина Л.А., Ткаченко А.Е., Константинова Е.А., Еленский В.Г., Тимошенко В.Ю., Кашкаров П.К. Модификация свойств пористого кремния при адсорбции молекул йода. // ФТП. 2007. Т. 41. № 8. С. 972-976; Chiesa M., Amato G., Boarino L., Garrone E., Geobaldo F., Giamello E, Reversible Insulator-to-Metal Transition in p+-Type Mesoporous Silicon Induced by the Adsoption of Ammonia // Angewandte Chemie International Edition. 2003. V. 42. N 41. P. 5032-5035. Фіг.1 Схематичне зображення структури ПК - n-Si з точковим графітовим контактом: 1,5 графітові контакти, 2 - пористий кремній, 3-кремній n-типу провідності, 4 - срібний контакт. Фіг.2 Схематичне зображення структури ПК - n-Si з притискним прозорим SnC>2 електродом: 1,5 - графітові контакти, 2 - пористий кремній, 3 - кремній n-типу провідності, 4 срібний контакт, 6 - прозорий електрод SnO2, 7-скло. Фіг.3 Темнова ВАХ структури ПК - n-Si з точковим графітовим контактом: 1 - без адсорбції молекул йоду; 2 - адсорбція з 1 % -го розчину йоду в етанолі; 3 - з 5 % -го розчину; 4 - з 10 % -го розчину. Фіг.4 ВАХ структури ПК - n-Si з точковим графітовим контактом під впливом опромінення He2 Ne лазером λ=63 нм з інтенсивністю 60 мВт/см : 1 - без адсорбції молекул йоду; 2 - адсорбція з 1 % -го розчину йоду в етанолі; 3 - з 5 % -го розчину; 4 - з 10 % розчину. Фіг.5 Темнова ВАХ структури ПК - n-Si з прозорим SnCb контактом: 1 - без адсорбції молекул йоду; 2 - адсорбція з 1 % розчину йоду в етанолі; 3 - з 5 % розчину; 4 - з 10 % розчину. Фіг.6 ВАХ структури ПК - n-Si з прозорим SnO2 контактом під впливом опромінення He-Ne 2 лазером λ=0.63 нм з інтенсивністю 60 мВт/см : 1 - без адсорбції молекул йоду; 2 - адсорбція з 1 % розчину йоду в етанолі; 3 - з 5 % розчину; 4 - з 10 % розчину. Фіг.7 Спектральна залежність фотоструму: 1- кремнієвого фотодіода ФД-7К; 2- структури ПК - n-Si з точковим графітовим контактом при адсорбції молекул йоду з 1 % розчину йоду в етанолі; 3 - з 5 % розчину; 4-з 10 % розчину. Фіг. 8 Спектральна залежність фотоструму: 1- кремнієвого фотодіода ФД-7К; 2 - структури ПК - n-Si з прозорим SnO2 контактом при адсорбції молекул йоду з 1 % розчину йоду в етанолі; 3 - з 5 % розчину, 4 - з 10 % розчину. Фіг. 9 Спектральна залежність фотоЕРС: 1 - кремнієвого фотодіода ФД-7К; 2 - структури ПК n-Si з точковим графітовим контактом при адсорбції молекул йоду з 1 % розчину йоду в етанолі; 3 - з 5 % розчину; 4-з 10 % розчину. Фіг. 10 Спектральна залежність фотоЕРС: 1 - кремнієвого фотодіода ФД-7К; 2 - структури ПК - n-Si з прозорим SnO2 контактом при адсорбції молекул йоду з 1 % розчину йоду в етанолі; 3 - з 5 % розчину; 4 - з 10 % розчину. Фіг. 11 Температурна залежність фотоструму адсорбційно модифікованої молекулами йоду з 10 % -го розчину в етанолі структури ПК -n-Si з точковим графітовим контактом під впливом 2 опромінення He-Ne лазером λ=0.63 нм з інтенсивністю 60 мВт/см : 1 - охолодження у темноті, 2 - охолодження при освітленні. Фіг. 12 Температурна залежність фотоЕРС адсорбційно модифікованої молекулами йоду з 10 %-го розчину в етанолі структури ПК - n-Si з точковим графітовим контактом під впливом 2 опромінення He-Ne лазером λ=0.63 нм з інтенсивністю 60 мВт/см : 1 - охолодження у темноті, 2 - охолодження при освітленні. Фіг. 13 1- кінетика фотовідклику фотоЕРС структури ПК - n-Si з прозорим SnO2 контактом, адсорбційно модифікованої молекулами йоду з 10 %-го розчину в етанолі; 2 - П-подібний імпульс світла. 4 UA 105248 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Фіг. 14 Схематичне зображення експериментальної структури ПК - п-Si з адсорбованими молекулами йоду: 1 - шар пористого кремнію, 2-монокристалічний кремній n-типу провідності, 3 - прозорий електрод, 4-адсорбовані молекули йоду, 5 - срібний електрод. Запропонований спосіб можна проілюструвати наступними прикладами. Приклад 1. Експериментальні зразки пористого кремнію ПК виготовляють способом електрохімічного анодування у гальваностатичному режимі на підкладках монокристалічного кремнію (100) nтипу провідності товщиною 400 мкм з питомим опором 4.5 Ом*см. Для формування однорідного шару ПК тильну поверхню підкладок попередньо металізують шляхом термовакуумного напилення плівки срібла товщиною 1 мкм. Як електроліт використовують розчин фтористоводневої кислоти в етанолі при об'ємному співвідношенні компонентів HF: С2Н5ОН = 2 1:1. Густина струму і час процесу анодування становлять відповідно 30 мА/см і 3 хвилини. Упродовж усього процесу травлення кремнієву пластину n-типу опромінюють потоком видимого світла 18000-20000 лм. Товщина шару ПК, виміряна за допомогою растрового електронного мікроскопа РЕММА-102, складає 8 мкм. Після електрохімічної обробки поверхню ПК промивають дистильованою водою і сушать у потоці повітря при кімнатній температурі 2 упродовж 30 хв. Отримані структури розділяють на зразки площею 1 см . Адсорбцію молекул йоду на поверхню шару ПК здійснюють занурюванням зразка в 1 % розчин йоду в етанолі на 1-3 сек. Зразок сушать 30 хв при кімнатній температурі, після чого на поверхню ПК наносять контакт електропровідним графітовим лаком у вигляді краплі діаметром 2 мм. Дослідження проводять з двома типами контактів до пористого шару: точковий електрод - електропровідний графітовий лак ТУ.У208.57.340-02 та площинний притискний електрод-скляна пластина з електропровідним прозорим шаром SnO2. Для забезпечення часової стабільності фотоелектричних характеристик поверхню зразків з графітовим контактом покривають прозорим захисним покриттям - цапонлаком, яке перешкоджає десорбції йоду з ПК. Для зразків з притискним SnO2 контактом захисне покриття наносять по периметру контакту - на бічну поверхню. Дослідження вольтамперних характеристик ВАХ структур на основі ПК проводять при проходженні струму через структури у напрямку, перпендикулярному до поверхні. Фотоелектричні явища досліджують за умов опромінення структур зі сторони пористого шару перпендикулярно до поверхні He-Ne лазером λ=628 нм, з потужністю випромінювання 2 мВт. Вимірювання спектральної залежності фотовідгуку проводять на стандартному оптичному обладнанні з використанням дифракційного монохроматора і лампи розжарення при 2800 К. Спектри фотовідгуку нормують на криву випромінювання чорного тіла з температурою 2800 К і коректують із врахуванням спектральної чутливості установки. Для дослідження кінетики фотовідклику адсорбційно модифікованої структури ПК - n-Si на П-подібні імпульси світло модулюють з частотою 350 Гц шляхом електромеханічного переривання світлового променя і направляють на поверхню ПК. Всі виміри проводять при кімнатній температурі. Для дослідження температурних залежностей фотоЕРС та фотоструму адсорбційно модифікованої структури ПК - n-Si, зразок розміщують в кріостаті, де підтримують -3 вакуум 10 мм.рт.ст. і попередньо охолоджують в темноті та при освітленні. Температурні залежності фотоЕРС і фотоструму досліджують лінійно нагріваючи зразок зі швидкістю 0.05 К/с 2 під опроміненням He-Ne лазера з інтенсивністю 60 мВт/см . Приклад 2. Аналогічно до прикладу 1 виготовляють зразки пористого кремнію ПК. Адсорбцію молекул йоду на поверхню ПК здійснюють занурюванням зразка у 5 % розчин йоду в етанолі на 1-3 сек. Зразок сушать 30 хв при кімнатній температурі. Дослідження структур ПК - n-Si проводять з двома типами контакту - точковим графітовим і прозорим притискним SnО2. Приклад 3. Аналогічно до прикладу 1 виготовляють зразки пористого кремнію ПК. Адсорбцію молекул йоду на поверхню шару ПК здійснюють занурюванням зразка у 10 % розчин йоду в етанолі на 1-3 сек. Зразок сушать 30 хв при кімнатній температурі. Дослідження структур ПК - nSi проводять з двома типами контакту - точковим графітовим і прозорим притискним SnO2. У табл.1, 2 наведено залежність фотоструму та фотоЕРС для зразків ПК - n-Si при різних концентраціях йоду в етанолі для двох типів контактів. 5 UA 105248 C2 Таблиця 1 Фотострум та фотоЕРС адсорбційно модифікованої молекулами йоду з етанольного розчину структури ПК - n-Si з точковим графітовим контактом під впливом опромінення He-Ne лазером 2 (λ=0,63 нм) з інтенсивністю 60 мВт/см . Концентрація І2 у розчині Фотострум у режимі короткого № ФотоЕРС, мВ етанолу, % замикання, нА 1. 1 8 37 2. 5 20 84 3. 10 31 105 Таблиця 2 Фотострум та фотоЕРС адсорбційно модифікованої молекулами йоду з етанольного розчину структури ПК - n-Si з прозорим SnO2 контактом під впливом опромінення He-Ne лазером (λ=0,63 2 нм) з інтенсивністю 60 мВт/см . Концентрація І2 у розчині Фотострум у режимі короткого № ФотоЕРС, мВ етанолу, % замикання, нА 1. 1 50 80 2. 5 150 170 3. 10 182 245 5 10 15 20 25 Техніко-економічна ефективність запропонованого способу у порівнянні з прототипом полягає у спрощенні та здешевленні технологічного процесу, оскільки р-n переходи в структурі ПК - n-Si створюють простою поверхневою адсорбцією молекул йоду. Докази цього полягають у наступному: спосіб не передбачає використання дорогого обладнання та складних, тривалих, енергозатратних процедур (легування р- та n-домішками, термічновакуумне, лазерне, ВЧнапилення, іонну імплантацію, контрольоване нагрівання та охолодження у реакторах, дифузію домішок і т.д.); спосіб є сумісним з освоєною технологією промислового виробництва кремнієвих інтегральних схем та дозволяє понизити затрати в технологічному процесі; спосіб реалізують використовуючи доступні, дешеві та екологічно чисті матеріали; виготовлення та застосування пористого кремнію забезпечує краще поглинання світла і кращу ефективність фотоперетворення, оскільки пористий кремній має нижчий коефіцієнт оптичного відбивання; виготовлення та застосування пористого кремнію забезпечує кращу ефективність фотоперетворення, оскільки наноструктури пористого кремнію володіють великою площею поглинаючої поверхні; спосіб дозволяє розширити спектральну фоточутливість приладів у короткохвильову область за рахунок квантово-розмірного ефекту у нанокристалах пористого кремнію; спосіб можна застосувати також для інших напівпровідникових матеріалів, наприклад для германію. Перелічені переваги підтверджують передбачений технічний результат. Результати, наведені на фігурах 1-14 та у таблицях 1, 2 показують, що запропонований спосіб є ефективний для отримання фотовольтаїчних кремнієвих структур. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 1. Спосіб отримання фотовольтаїчних кремнієвих структур, за яким електрохімічно травлять пластину монокристалічного кремнію, створюють р-n перехід та виготовляють електричні контакти, який відрізняється тим, що як зразок використовують монокристалічний кремній орієнтації (100), n - типу провідності, товщиною 400 мкм, з питомим опором 4,5 Ом*см, на тильну поверхню якого термовакуумно напилюють плівку срібла товщиною 1 мкм, анодують у розчині фтористоводневої кислоти в етанолі при об'ємному співвідношенні компонентів 2 HF:С2Н5ОН=1:1 при густині струму 30 мА/см упродовж 3 хвилин при освітленні потоком видимого світла 18000-20000 лм, поверхню зразка промивають дистильованою водою і сушать у потоці повітря при кімнатній температурі впродовж 30 хв, отриманий зразок занурюють у 110 % розчин йоду в етанолі на 1-3 с і отримують р-n переходи, зразок сушать при кімнатній 6 UA 105248 C2 5 температурі упродовж 30 хв, після чого на поверхню зразка наносять електричний контакт та покривають захисним лаком. 2. Спосіб отримання фотовольтаїчних кремнієвих структур за п. 1 який відрізняється тим, що електричний контакт наносять у вигляді краплі електропровідного графітового лаку діаметром 2 мм. 3. Спосіб отримання фотовольтаїчних кремнієвих структур за п. 1, який відрізняється тим, що електричний контакт виконують покриттям кремнію скляною пластиною так, що сторону з електропровідним прозорим шаром SnO2 притискають до зразка. 7 UA 105248 C2 8 UA 105248 C2 9 UA 105248 C2 10 UA 105248 C2 11 UA 105248 C2 12 UA 105248 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 13