Спосіб виготовлення фотоелемента з гетеропереходом cdte/cds

Реферат: UA 85098 U UA 85098 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до області напівпровідникової електроніки, зокрема до технології гетероперехідних фотоелементів. Гетероструктури з фотоактивною областю CdTe можуть бути основою перетворювачів сонячної енергії в електричну (фотоелементів). Серед них найбільш інтенсивно вивчаються гетеропереходи (ГП) у системі сульфід-телурид кадмію, теоретична ефективність у яких може досягати 28 % [1]. Разом з тим її реальні значення у фотоелементів на базі структур CdTe/CdS у кристальному та плівковому виконаннях помітно нижчі, що зумовлено дефектністю межі поділу внаслідок неузгодженості кристалічних ґраток компонент ГП. Вплив цього фактора можна зменшити шляхом створення на межі поділу варізонного шару твердих розчинів СdS1-xТех, вибором способу і режимів виготовлення гетероструктури. Перспективним у даному плані є спосіб твердофазного заміщення, який дозволяє суттєво зменшити неузгодженості кристалічних і термічних параметрів компонент гетероструктури [2]. Цим методом, зокрема, авторами [3] були виготовлені гетеропереходи CdTe/CdS, ефективність 2 фотоперетворення η, яких при 300 К в умовах освітлення АМ2 (~70 мВт/см ) складала ~6,7 %. Технологія синтезу гетероструктур полягала у наступному [2]. Монокристалічні підкладинки nCdS поміщались у відкриту кварцову трубку, через яку пропускалась пара Те. У результаті на поверхні підкладинки, яка знаходилась при температурі Tа = 800-1100 К, утворювався шар pCdTe, товщина d якого залежала від температури і часу ta обробки. Важливим є те, що межа поділу в таких структурах формується не на поверхні, а в глибині базової підкладинки, у зв'язку з чим її можна у певному розумінні розглядати як "чисту межу поділу". Описана технологія 4 дозволяє отримувати шари p-CdTe з питомим опором ρ≥10 Ом-см, що на думку авторів [3] є однією з причин низьких значень η. Гетероперехід створювався нанесенням на компоненти 5 структури омічних контактів, а коефіцієнт випрямлення К при напрузі 3В складав ~10 . Зауважимо також, що використання відкритої системи для синтезу гетероструктур робить технологію витратною і екологічно небезпечною. Задачею даної корисної моделі є усунення згаданого недоліку, а також збільшення ефективності фотоперетворення гетеропереходу CdTe/CdS за рахунок зміни технології виготовлення та її параметрів - інгредієнтів і температури відпалу. Поставлена задача вирішується тим, що згідно з запропонованим рішенням відпал -4 підкладинок n-CdS проводять у відкачаній до 10 Торр кварцовій ампулі у присутності відповідної шихти. При цьому, коли нею є подрібнений Те, температура відпалу становить 8001000 К, а для шихти складу Те:СеТе:Lі2СО3=3:1:0,1-820±20 К. У таблиці наведено значення послідовного опору Ro і ефективності фотоперетворення гетеропереходу CdTe/CdS, виготовленого відпалом у присутності шихти Te:CdTe:Li2CO3=3:1:0,1 від температури відпалу Тa. 35 Tа, K Ro, Ом η, % 40 45 50 55 800 2 8 820 3 9 840 6 7 860 15 4 880 800 0,8 900 1200 0,2 Апробація запропонованого методу проводилась на монокристалічних підкладинках n-CdS з 3 питомим опором ~1 Ом·см при 300 К. Пластинки типорозміром 4×4×1 мм проходили поетапні механічне і хімічне полірування у розчині СrО3:НСl=2:3, а також ретельну відмивку у дистильованій воді та сушіння. Підготовлені таким чином підкладинки разом з шихтою -4 завантажувались у кварцові ампули, які відкачувались до 10 Торр і запаювались. Відпал проводився у резистивній печі, температуру якої можна було змінювати у межах 800-1100 К. При цьому шихта і підкладинка знаходились у протилежних кінцях ампули, які були розділені перетяжкою, а час відпалу для всіх Tа був однаковий і становив 1 год. Досліджувались два типи гетероструктур CdTe/CdS, способи виготовлення яких відрізнялися інгредієнтами відпалу. Спосіб 1. Шихтою, як і у випадку прототипу [3], слугував подрібнений Те, а відпал проводився у діапазоні 800-1000 К. Експериментально було виявлено, що при Tа ≤ 800 К синтезовані шари CdTe мають неоднорідний по площі (острівковий) характер, а при Tа ≥ 1000 К проходить осадження Те у вигляді крапель, які викликають руйнацію підкладинки під час охолодження. Утворені гетерошари демонструють діркову провідність σ р, величина якої -4 -1 -1 залежить від температури відпалу, однак її максимальне значення (~10 Ом ·см ) одного порядку з прототипом. Натомість перевагою запропонованого способу перед описаним у [3] є підвищення екологічності процесу за рахунок заміни відкритої системи виготовлення гетеропереходів закритою. Спосіб 2. У даному способі використовувалась більш складна шихта, об'ємне співвідношення якої становило Te:CdTe:Li2CO3=3:1:0,1. Літій у телуриді кадмію є мілким акцептором і його присутність у шихті призводить до суттєвого підвищення діркової провідності 1 UA 85098 U -2 5 10 15 20 25 30 -1 -1 (σр≈10 Ом ·см ) гетерошару. Використання солі Li2CO3 зумовлено тим, що вона на відміну від чистого Li є стабільною і не агресивною за звичайних умов. Наявність подрібненого телуриду кадмію у шихті запобігає ерозії CdS під час відпалу, особливо при високих температурах. Гетеропереходи створювались зі шліфовкою однієї з великих сторін відпалених пластинок шару p-CdTe до базового кристалу n-CdS і нанесенням омічних контактів. Ними слугували напилений у вакуумі шар золота до телуриду кадмію і вплавлений In до сульфіду кадмію. Всі гетеропереходи мали діодні властивості, а коефіцієнт виправлення К і послідовний опір Ro залежали від Та і способу виготовлення. Величина Ro визначалась з прямої гілки вольтамперної характеристики в області її лінійності, а ефективність - в умовах АМ2 при освітленні через nCdS. Дослідження показали, що існує зв'язок між послідовним опором фотоелемента і його ефективністю, причому меншим значенням Ro відповідають більші значення η. Оскільки провідність шарів p-CdTe, синтезованих способом 2, вища ніж синтезованих способом 1, то гетеропереходи 2 типу повинні мати менші Ro і більші η, порівняно зі структурами 1 типу. При цьому виявилось, що максимальна ефективність останніх складає ~6 %, що близько до ηmax прототипу [3]. Структури, виготовлені способом 2, мають значно вищу ефективність, яка досягає ~9 % при Ta≈820 К, таблиця. Аналіз останньої показує, що оптимальними температурами відпалу можна вважати 820±20 К, оскільки саме при них досягаються найбільші значення (7÷9 %) ефективності і найменші (2÷6 Ом) величини послідовного опору. На завершення відмітимо, що запропонований спосіб синтезу гетерошарів CdTe у закритому об'ємі вимагає значно меншої кількості матеріалу шихти і допускає її багатократне використання. Джерела інформації: 1. Фаренбрух А., Бьюб Р. Солнечные элементы: теория и эксперимент. / Пер. с англ. под. ред. М.М. Колтуна. - М.: Энергоатомиздат, 1987.-280 с. 2. Буллах Б.М., Друзь В.Л., Евтухов Ю.Н., Сальков Е.А. Получение твердых растворов II VI соединений A B твердофазным замещением. // Тез. докл. VII Всесоюзн. конф. "Химия, физика и техническое применение халькогенидов". - Ужгород, 1988, ч. I. - С. 25. 3. Буллах Б.М., Горбик ПП. , Комащенко В.Н., Федорус Г.А., Шейнкман М.К. Гетероструктуры II VI твердофазного замещения на основе монокристаллов соединений А В .//ФТП, 1981, т. 15, № 2. - С. 357-360. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 1. Спосіб виготовлення фотоелемента з гетеропереходом CdTe/CdS, що включає механічну і хімічну обробки підкладинок n-CdS та їх відпал у парі Те при температурі 800-1000 К, який -4 відрізняється тим, що відпал проводять у відкачаній до 10 Торр кварцовій ампулі. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що відпал проводиться у присутності шихти складу Те:СdТе:Li2СО3=3:1:0,1, при температурі 820±20 К. Комп’ютерна верстка І. Мироненко 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