Спосіб отримання наноструктурованих плівок аморфного кремнію для сонячних елементів

Реферат: Спосіб отримання наноструктурованих плівок аморфного кремнію для сонячних елементів включає осадження кремнію на підкладку із газової фази освітлення випромінюванням фемтосекундного лазера плівки аморфного кремнію на основі калій-гадолінієвого вольфрамату ітербію або титан-сапфіру. UA 72667 U (12) UA 72667 U UA 72667 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до напівпровідникових фотоелектричних перетворювачів, а саме до способів отримання світлочутливих кремнієвих плівок для сонячних елементів. Відомий спосіб приготування тонких плівок нанокристалічного кремнію (T. Inokuma, Y. Wakayama, T. Mwamoto, R. Aoki, Y. Kurata, S. Hasegawa, Journal of Applied Physics, 1998, v.83, N4, pp. 2228-2234), що полягає у вакуумно-плазмовому осадженні субоксидів кремнію з окремими включеннями нанокристалів кремнію при використанні газової суміші силану і кисню і подальшого відпалу при температурі 1000 С. Тиск в реакторі складав 23 Па. Недоліком способу є малий вміст нанокристалів кремнію в тонкій плівці, що знижує квантову ефективність процесів, висока температура відпалу, що приводить до обмеження числа використаних матеріалів підкладки, а також утворення великого числа дефектних рівнів в забороненій зоні напівпровідника завдяки субоксидним з'єднанням кремнію. Найбільш близьким аналогом до запропонованого технічного рішення, що заявляється, за сукупністю ознак є спосіб отримання наноструктурованих плівок аморфного кремнію (див. патент RU2227343, опубліковано 20.08.2003 р., «Тонкі плівки гідрогенізованого полікристалічного кремнію і технологія їх отримання»), в якому описаний спосіб отримання плівок нанокристалічного кремнію з високим вмістом кристалічної фази з орієнтацією (111) при низькій температурі підкладки. Суть способу полягає в тому, що під час вакуумно-плазмового осадження кремнію на підкладку збільшується швидкість натікання в реактор молекулярного водню при зниженні температури підкладки. Отримана плівка гідрогенізованого нанокристалічного кремнію містить більше 50 % кристалічної фази з середнім розміром кристалів менше 10 нм. Недоліком вказаного способу є неможливість отримання плівок гідрогенізованого нанокристалічного кремнію з об'ємною часткою кристалічної фази менше 50 %. В основу корисної моделі поставлена задача отримання на нетугоплавких підкладках плівок наноструктурованого аморфного гідрогенізованого кремнію з різним вмістом об'ємної частки кристалічної фази без зміни технології одержання аморфного гідрогенізованого кремнію для сонячної енергетики для отримання потрібної об'ємної частки кристалічної фази кремнію. Поставлена задача вирішується тим, що у способі отримання наноструктурованих плівок аморфного кремнію для сонячних елементів, що включає осадження кремнію на підкладку із газової фази, згідно з корисною моделлю плівки аморфного кремнію освітлюють випромінюванням фемтосекундного лазера на основі калій-гадолінієвого вольфрамату ітербію або титан-сапфіру. Завдяки фемтосекундній лазерній обробці плівок аморфного кремнію здійснюється «холодний» розплав плівки та її подальша кристалізація. При цьому на гнучких нетугоплавких підкладках здійснюється отримання плівок наноструктурованого аморфного гідрогенізованого кремнію із заданим вмістом об'ємної частки кристалічної фази. 11 14 Наприклад, при зміні інтенсивності лазерного випромінювання в межах від 10 до 10 2 Вт/см отримують плівки із вмістом об'ємної частки кристалічної фази кремнію від 10 до 90 %. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленням, де представлені спектри раманівського розсіяння від плівок наноструктурованого аморфного кремнію, опромінених 11 12 13 14 2 фемтосекундними лазерними імпульсами з інтенсивностями 10 , 10 , 10 і 10 Вт/cм (на кресленні спектри розташовуються знизу-вгору відповідно). 12 2 Для плівок, отриманих при опроміненні з інтенсивностями до 10 Вт/см , спостерігається -1 максимум близько частоти А=480 см , відповідний поперечній оптичній фононній моді в аморфній структурі кремнію. У той же час на спектрах раманівського розсіяння всіх плівок -1 спостерігається максимум у районі С=520 см , що відповідає поперечним оптичним фононам кристалічного кремнію. За відношенням інтегральних інтенсивностей даних піків з урахуванням різниці інтегральних перерізів аморфного і кристалічного кремнію визначається об'ємна частка кристалічної фази Vc-Si в плівці. На кресленні вказані відповідні значення об'ємної частки кристалічної фази Vc-Si в плівках, підданих фемтосекундному лазерному опроміненню з 11 14 2 інтенсивностями від 10 до 10 Вт/см . Наведемо конкретний приклад реалізації способу отримання наноструктурованих плівок аморфного кремнію для сонячних елементів. Плівки аморфного гідрогенізованого кремнію виготовляють шляхом газофазного розкладання моносилану в плазмі тліючого розряду або способом реактивного іонноплазмового розпилення, або шляхом термічного розкладання, або будь-яким іншим подібним способом. Для отримання якісних плівок потрібно контролювати їх однорідність, яка може бути визначена, наприклад, за допомогою просвічувальної електронної мікроскопії, і наявність сторонніх домішок, що може, наприклад, досягнути детектування способами інфрачервоної та 1 UA 72667 U 5 10 15 раманівської спектроскопії. Товщина плівки аморфного гідрогенізованого кремнію повинна бути не більше 0,5 мкм. Отримані плівки освітлюють випромінюванням фемтосекундного лазера на основі Yb: KGW (калій-гадолінієвого вольфрамату ітербію) або Ті: Sapphire (титан-сапфіру) з довжиною хвилі випромінювання накачування 1030 нм і тривалістю імпульсу менше 280 фс. Фокусування лазерного випромінювання на зразок можна виконувати, наприклад, з використанням асферичної скляної лінзи з числовою апертурою 0.15. Для зміни інтенсивності падаючого на плівку випромінювання лазера проводиться розфокусування падаючого пучка шляхом зміни відстані між поверхнею плівки і фокусувальною лінзою. Розподіл щільності енергії у світловій плямі на плівці має форму кривої Гауса. При зміні фокусування діаметр лазерного лучка в площині плівки варіюється від 3 мкм до 30 мкм. Це дозволяє монотонно змінювати 11 14 2 інтенсивність випромінювання в центрі пучка в межах від 10 до 10 Вт/см і, відповідно, отримувати зразки, оброблені фемтосекундним лазерним випромінюванням різної інтенсивності. Монотонне збільшення інтенсивності приводить до монотонного зростання частки кристалічної фази. Корисна модель, що заявляється, належить до напівпровідникових фотоелектричних перетворювачів, зокрема до способів отримання світлочутливих кремнієвих плівок для сонячних елементів в галузі тонкоплівкової сонячної енергетики. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Спосіб отримання наноструктурованих плівок аморфного кремнію для сонячних елементів, що включає осадження кремнію на підкладку із газової фази, який відрізняється тим, що плівки аморфного кремнію освітлюють випромінюванням фемтосекундного лазера на основі калійгадолінієвого вольфрамату ітербію або титан-сапфіру. Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 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 2