Книги по разным темам
Pages: | 1 | ... | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ... | 7 | изменения атомного состава и толщин эпитаксиальных Следовательно, наведенная наклонным падением ЛПИ пленок дают возможность контролировать ширины пополяризационная ФЧ обнаруживает поляризационный лос постоянного значения НФ P.
Фэффект окнаФ. При переходе к освещению ГП со Высокая азимутальная ФЧ (табл. 4) и возможности стороны Si окно существенно сужается, а спектр i управления ее спектральным диапазоном за счет атомностановится селективным и ограничивается с коротковол- го состава пленок и подложек указывают на перспективы новой стороны поглощением в узкозонной компоненте использования полученных ГП в качестве широкополосэтого типа структур. ных и селективных фотоанализаторов ЛПИ.
Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 524 Ф.П. Кесаманлы, В.Ю. Рудь, Ю.В. Рудь Рис. 13. Зависимости iP(0) (1), iS (0) (2), PI(0) (3, 3 ) и PI( ) (4) ГП CdS/InP при T = 300 K. Освещение структур со стороны CdS; ориентация InP: a Ч (111)B, b Ч (111)A, c Ч (100); 1, 2, 3, 3 Ч = 1.33 эВ; 4 Ч 0 = 75.
6. Наведенный фотоплеохроизм зованием водорода. Осаждение велось при температурах 700Ц750C. Наиболее фоточувствительные ГП погетеропереходов CdS/InP лучены, когда на пластинах (100) InP с разориентаФоточувствительность на основе прямозонных соеди- цией 4-5 в направлении [110] в проточной системе InЦPCl3ЦH2 дополнительно выращивались эпитаксиальнений AIIBVI и AIIIBV (в особенности CdS и InP) давно привлекает внимание исследователей в плане дости- ные пленки p-InP с толщинами 2Ц4 мкм, а только затем на ней выращивались пленки n-CdS. Максимальная ФЧ жения высокоэффективного преобразования солнечной энергии в электрическую. Несмотря на невыгодные усло- таких структур достигает 0.13 А/Вт, а эффект окна по вия сопряжения веществ с разными типами решеток и отношению к интенсивности излучения проявляется в их параметрами, удалось решить сложную проблему и диапазоне между ширинами запрещнных зон данных получить солнечные элементы с высокой радиационной полупроводников. Максимальные значения ширины постойкостью и коэффициентом полезного действия (кпд) лосы ФЧ реализуются при выращивании CdS на плоскодо 18 % [77Ц80]. Переход от обычных исследований ФЧ сти (111)B InP [82].
к поляризационным открыл взаимосвязь поляризацион- При освещении ЛПИ вдоль нормали к плоскости CdS ных параметров таких ГП с условиями сопряжения их фототок ГП оказался независимым от положения плоскокомпонент, что может найти применение в диагностике сти поляризации. Это обстоятельство позволяет сделать качества структур этого типа [81, 82]. важный вывод о том, что фотоактивное поглощение в Пленки n-CdS наносились на монокристаллические ГП CdS/InP остается изотропным при реализованных изпластины p-InP с ориентациями (100), (111)A и (111)B менениях кристаллографической ориентации подложек газофазным методом в проточной системе с исполь- InP. С переходом к наклонному падению ЛПИ в этих Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. Наведенный фотоплеохроизм в полупроводниках структурах возникает НФ, который растет в соответ- характер квантовой эффективности фотопреобразования ствии с законом (11), не обнаруживая чувствительности и коэффициента НФ позволяют считать, что солнечные к изменениям в ориентации подложек (рис. 13, кривые 3 элементы (СЭ) CdS/InP могут использоваться и в каи 3 ). На основании экспериментальных зависимостей честве широкодиапазонных (1.2Ц2.4 эВ) высокочувствиPI (0) с помощью (10) для структур CdS/InP n 2.5, тельных фотоанализаторов ЛПИ. Важно также иметь в что совпадает с данными для CdS [36]. Этот факт виду, что улучшение оптического качества наружной подает основания считать, что индуцируемая наклонным верхности пленок CdS, контролируемое посредством попадением ЛПИ фотоэлектрическая анизотропия ГП не ляризационных измерений фототока, может обеспечить зависит от ориентации подложек, а всецело определена дополнительное увеличение квантовой эффективности только природой пленок CdS.
фотопреобразования вблизи псевдобрюстеровского угла В то же время, как видно из рис. 13, a и b, ГП и, следовательно, поднять еще на 30 % достигнутый обнаруживают явную чувствительность к ориентации в [82] уровень азимутальной фоточувствительности.
подложек InP. Для пленок CdS с зеркальной наружной поверхностью, которые удается воспроизводимо выращи7. Наведенный фотоплеохроизм вать на подложках InP с ориентациями (111)A и (111)B, гетеропереходов GaAlAs/GaAs экспериментальные кривые iP(0) и iS(0) находятся в соответствии с анализом на основании соотношений Открытие и создание в Физико-техническом инФренеля для амплитудных коэффициентов прохождения ституте им. А.Ф. Иоффе под руководством академиЛПИ через границу воздух/CdS [2, 7]. При этом фотока Ж.И. Алферова первых идеальных ГП в системе ток iS монотонно спадает с ростом 0, тогда как для GaAlAs/GaAs в свое время было ознаменовано разраiP проявляется четкий максимум вблизи угла псевдоботкой приборов нового поколения: полупроводниковых брюстеровского отражения, а отношение A достигает лазеров, высокоэффективных СЭ и т. д. [83Ц86]. В значений 1.2Ц1.3, что свидетельствует о значительном солнечных элементах на основе подобных структур уже подавлении потерь на отражение в поляризации E.
реализован кпд 24.6 % (AMO, 100 Солнц) и 27.5 % Это снижение оказывается максимальным в ГП с кри(AM 1.5, 100 Солнц) [87]. Только недавно для изучесталлографической ориентацией подложек (111)B, что ния этого типа ГП применен метод поляризационной опять-таки указывает на более высокое качество пленок спектроскопии фоточувствительности, позволивший наCdS, выращиваемых на плоскости (111)B InP.
блюдать взаимосвязь поляризационной ФЧ с эффектом В случае ГП, созданных на пластинах (100) InP просветления [88, 89].
(рис. 13, кривые 1 и 2), фототоки iP и iS, сохраняя Фотопреобразовательные структуры для поляризазависимость от поляризации iP > iS, проявили моноционных измерений получены методом жидкофазной тонный спад с ростом 0 > 0. Такое явление уже эпитаксии из ограниченного объема раствора-расплава наблюдалось при поляризационных измерениях барьеров GaЦAlЦAs на пластины (100) n-GaAs. Эпитаксиальные Шотки и ГП с ухудшенным качеством приемной плоскопленки Ga0.3Al0.7As с толщинами до 2 мкм покрывались сти. На этом основании характер зависимостей iP(0) пленкой анодного окисла толщиной 1.5мкм. Во всех в ГП на подложках (100) InP также можно приписать ГП проявляется широкополосная спектральная характеухудшению оптического качества пленок CdS при такой ристика ФЧ (1/2 = 1.7-1.8эВ), а кпд достигает 20 %.
ориентации InP. Следовательно, поляризационные измеПри освещении ЛПИ вдоль нормали к плоскости анодрения фототока позволяют определить показатель преного окисла поляризационная ФЧ не обнаруживается.
омления и качество вещества входного окна в готовых Это обусловлено изотропными свойствами поглощаюструктурах.
щей среды, а также отсутствием направленных деформаПоляризационная разность фототоков ГП CdS/InP проций в пленке Ga0.3Al0.7As из-за совпадения параметров явилась в диапазоне энергий между EG контактирующих кристаллической решетки. Поэтому ЕФ для таких струксред. Изменения в ориентации InP дают возможности тур оказался пренебрежимо низким во всей области контролировать спектральный контур азимутальной ФЧ, фоточувствительности.
поскольку в области максимальной поляризационной В условиях наклонного падения ЛПИ 0 > 0 возниразности фототоков PI остается практически постоянным кает неравенство iP > iS и наведенная поляризационная (рис. 13, кривая 4) в соответствии с [18], тогда как его ФЧ, которая следует закону PI 0. Если этот закон величина выбирается из зависимости от угла падения выполняется во всем спектральном диапазоне ФЧ, то ЛПИ. При этом важно отметить, что величина НФ в величина PI оказалась зависимой от энергии фотонов ГП CdS//InP Фне чувствуетФ изменений в ориентации подложек InP. Спад коэффициента НФ в коротковолно- (рис. 14). Это вызвано изменениями в характере угловых вой области, как и в ГП AIIIBV/Si(Ge), отвечает началу зависимостей фототока в пределах всей области фотомежзонного поглощения в широкозонной компоненте чувствительности ГП. Если при <1.5 эВ зависимогетероперехода CdS. Максимальная азимутальная фо- сти iP(0) и iS(0) обычные и описываются формулами точувствительность ГП CdS/InP = 0.13 А/Вт град Френеля [7, 8], то при > 1.5 эВ они становятся попри T = 300 K, что сравнимо с возможностями фо- добными iP(0), что позволяет трактовать их снижением тоанализаторов на барьерах Шотки. Широкополосный потерь на отражение для излучения p- и s-поляризаций Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 526 Ф.П. Кесаманлы, В.Ю. Рудь, Ю.В. Рудь 8. Наведенный фотоплеохроизм тонкопленочных структур на основе CuInSeТройные полупроводниковые соединения и их твердые растворы все более интенсивно вовлекаются в исследования как материалы для высокоэффективных радиационно стойких фотовольтаических систем [91Ц95].
Наиболее высокоэффективные тонкопленочные солнечные элементы (ТСЭ) созданы из поликристаллических пленок Cu(In, Ga)Se2(МИГС) [92]. Рассмотрим результаты исследований тонкопленочных структур на основе CuInSe2(МИС) и МИГС посредством поляризационной фотоэлектрической спектроскопии [95Ц98].
8.1. Поляризационная фоточувствительность Рис. 14. Спектры PI структуры окисел/GaAl0.7As0.3/GaAs тонкопленочных структур n-CdS/p-CuInSe(T = 300 K, 0 = 75, освещение со стороны окисла).
Пленки МИС с толщинами 2Ц5 мкм осаждались методом магнетронного распыления мишени МИС на поверхность стекла [99]. На постростовую поверхность МИС методом вакуумной сублимации наносились пленвследствие проявления интерференционных эффектов.
ки CdS< In > с толщинами 2Ц5 мкм. ФоточувствительНаличие максимума в угловых зависимостях iP уканость лучших ГП достигла 0.5 мА/Вт и при освещении со зывает на высокое оптическое качество фронтальной стороны CdS наблюдалась в диапазоне между ширинами плоскости фотопреобразователей окисел/GaAlAs/GaAs.
запрещенных зон компонент ГП.
Отличительной особенностью НФ изученных в [88, 89] Угловые зависимости фототока описываются формуструктур является сильный дихроизм PI (рис. 14). Только лами Френеля и показывают, что в полученных ГП в длинноволновой спектральной области ( <1.4эВ) фотоплеохроизм возникает только при 0 > 0 и коэффициент НФ постоянен, как в барьерах Шотки подчиняется закону (11). Экспериментальное значение во всей области ФЧ [50, 51]. Оценка на основании PI 64 % при 0 = 80, согласно (10), соответствует = (10) из экспериментальных значений P1 20-22 % n 3.1, что выше известного показателя преломления (рис. 14) дает величину n 1.8, что совпадает с n = 2.5 для CdS [100] и ближе к величине n = 3.данными для анодного окисла GaAlAs [90]. На этом для МИС [36]. Это обстоятельство дает основания основании НФ изученных ГП в длинноволновой области полагать, что анизотропия ФЧ тонкопленочных ГП при может быть связан с оптическими процессами на границе их освещении со стороны CdS определяется в основном воздух/окисел. Обнаруженный в диапазоне энергий от процессами прохождения излучением гетерограницы и 1.5 до 3 эВ ФпроваФ в спектре PI соответствует области последующего поглощения в узкозонной компоненте.
максимального просветления структур, совпадающей с Обнаруженное повышение iP с ростом 0 указывает на результатами измерения оптического отражения R на понижение потерь на отражение без нанесения просвеэтих же ГП. Когда с ростом угла падения ЛПИ начинают тляющего покрытия и одновременно также свидетельснижаться потери на отражение для p- и s-поляризаций, ствует о высоком качестве пленок сульфида кадмия.
в угловых зависимостях фототоков наблюдается сближе- Коэффициент НФ структур CdS/МИС при 0 = const во всей области фоточувствительности сохраняется на ние iP(0) iS(0), что и сопровождается снижением высоком уровне и слабо зависит от энергии фотонов, что PI. Согласно этой идеологии, эффект просветления находится в соответствии с анализом [34].
максимален при условии iP = iS. Как видно из рис. 14, Максимальная азимутальная ФЧ в этом типе ГП максимальное просветление в изученных ГП обеспечи = 5мА/Вт град (T = 300 K, 0 = 80) и вается в диапазоне от 2.2 до 2.8 эВ, когда PI 0.
характеризует их как широкодиапазонные (0.8Ц2.5 эВ) Очевидно, что такой поляризационный контроль области фотоанализаторы ЛПИ, которые при 0 = 0 теряют просветления в ГП может применяться для корректировэту способность и становятся чувствительными только к ки технологических условий.
интенсивности излучения [96, 97].
В отсутствие просветляющих покрытий в ГП GaAlAs/GaAs максимальная азимутальная ФЧ 8.2. Поляризационная фоточувствительность 0.1А/Вт град (T = 300 K, 0 = 75) достигается тонкопленочных СЭ ZnO/CdS/Cu(In, Ga)Seв широком спектральном диапазоне от 1 до 3 эВ из-за исчезновения интерференционного просветления, что Пленки МИГС осаждались на покрытые молибденом стимулирует применения таких ГП в новой для них стеклянные пластины вакуумным термическим испареобласти Ч поляризационной фотоэлектронике. нием из индивидуальных источников, а состав отвечал Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. Наведенный фотоплеохроизм в полупроводниках свидетельствуют о высоком совершенстве фронтальной плоскости, с одной стороны, и об одновременном снижении потерь на отражение для p- и s-волн, с другой стороны. Следовательно, в этих ТСЭ достигается просветление для обеих поляризаций. Коэффициент НФ ТСЭ плавно возрастает в соответствии с законом PI (рис. 15, кривые 3 и 4). Характерно, что значения PI при 0 = const для разных ТСЭ несколько отличались между собой и располагались в диапазоне 10Ц20 %. Оценка n из (10) по экспериментальным значениям PI дает величину показателя преломления n 1.2-1.7, что ниже известного для ZnO значения [36]. Отмеченное понижение экспериментальных величин PI относительно оцененных из (10) с использованием показателя преломления для ZnO может быть следствием интерференции ЛПИ в пленках ZnO.
В ГП с максимальным кпд в спектре PI возникают четкие осцилляции (рис. 15, кривая 5), сопутствующие интерференционным особенностям в спектре фоточувствительности. С понижением кпд осцилляции ослабляются настолько, что спектр PI в достаточно широком спектральном диапазоне теряет дихроизм, хотя величина PI остается ниже оцениваемой на основании показателя преломления. Колебания в экспериментальных значениях PI и их слабая спектральная зависимость могут быть объяснены антиотражающими эффектами в пленке ZnO. Приняв за меру просветления условие PI 0, авторы [101] пришли к выводу, что наиболее высокое просветление в ТСЭ достигнуто при толщинах пленки ZnO около 1000 нм.
Следовательно, ТСЭ на основе МИГС могут применяться как широкополосные фотоанализаторы, а поляРис. 15. Зависимости iP(0) (1), iS(0) (2), PI(0) (3 ЧPI, ризационная спектроскопия их фоточувствительности Ч 4 Ч PI1/2, = 2.0эВ) и PI( ) (0 = 70) (5) ТСЭ для корректировки технологии ТСЭ.
ZnO/CdS/Cu(In, Ga)Se2 при T = 300 K.
Pages: | 1 | ... | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ... | 7 | Книги по разным темам