Электрические и фотоэлектрические свойства гетеропереходов на основе p CdTe – n CdS и p CdTe – n CdSe

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЕТЕРОПЕРЕХОДОВ НА ОСНОВЕ p CdTe – n CdS и p CdTe – n CdSe

С.Отажонов, Р.Эргашев

Аннотация

В работе рассмотрено фотоэлектрические характеристики солнечных элементов созданной на основе пленочных гетеропереходов p CdTe – n CdS и p CdTe – n CdSe. Установлено, что спектральная область чувствительности солнечных элементов со структурой CdTe – CdS имеет значение длины волны 0,52 и 0,85 мкм. Показано, что разделение носителей происходит не на границе раздела CdS и CdTe, а в глубине слоя CdTe, которые равно несколько микрометров от поверхности, что связано с образованием слоя в результате диффузия свободного атома кадмия в p – CdTe.

Ключевые слова: гетеропереходы, солнечные элементы, p CdTe – n CdS, фоточувствительность, поликристаллическая пленка, рекомбинационные центры, спектральная чувствительность.

Введение

В настоящее время на основе Cd Te получены гетеропереходы, эффективно работающие в качестве солнечных элементов [1] и фотоприемников в видимой и ИК области спектра [2].

Предельный теоретический КПД солнечного элемента с гетеропереходом p CdTe – n CdS и p CdTe – n CdSe составляет соответственно 17 и 21% [3]. Вследствие этого интерес к исследованиям теллурида кадмия в последнее время уделяет большое внимание.

В такие гетеропереход существенно снижается влияние поверхностной рекомбинации и последовательного сопротивления. Рассогласование постоянных кристаллических решеток CdTe и CdS составляет ~ 10%, в случае пары CdTe –  CdSe ~ 13%. При таком рассогласовании постоянных решеток возникает большая концентрация рекомбинационных центров на границе раздела двух полупроводников. Однако результаты исследование [4,5] показали, что для фоточувствительных приборов наличие высокой плотности рекомбинационных центров NS на границе не является губительным. Это видно из того факта, что скорости поверхностной рекомбинации S на гетерогранице при NS → ∞ стремятся не к бесконечности, а к конечной дрейфовой скорости в приграничном электрическом поле.

Авторами работы [6] по методике переходные процессы контактной фотопроводимости в пленках CdTe было определено скорости поверхностной рекомбинации которые ровна . В этих работах также определено доминирующий глубокий уровень с энергий фотоионизации 1,23 эВ, которые приводят к уменьшению воздействия поверхностной рекомбинации.[pic 1]

Полученные на основе гетероперехода p CdTe – n CdSe солнечный элемент пока обладают низким КПД, что связано с трудностью легирование слоев CdSe и возникновением тройного соединения в области перехода вследствие взаимной растворимости CdTe и CdSe [2]. Для избежание взаимной растворимости CdTe и CdSe температура осаждения CdSe на поверхности CdTe не должно превышать ~ 300оС.

В работе приводятся фотоэлектрическая характеристика и результаты изучения механизма переноса тока солнечных элементов на основе пленочных гетеропереходов p CdTe – n CdS и p CdTe – n CdSe.

Методика эксперемента

Рассмотрим методики получения CdTe и гетеропереходов p CdTe – n CdS и p CdTe – n CdS. Поликристаллические пленки CdTe осаждались газотранспортным методом в квазизамкнутом объеме в патоке водорода предварительно химически обработанную подложку из молибдена. Пленки CdTe осаждались также на графитовые подложки. В качестве источника CdTe использовались порошки CdTe полупроводниковой частоты. Температура источника во время процесса варьировались в диапазоне 850 – 950оС. Размер зерен пленке зависел от температуры подложки, при 500оС, получалась пленка размером зерен 20-30 мкм, а при 600оС – 50 мкм и более.

Структурные исследование подтвердили, что в интервале температуры подложки 450…550оС зерна пленки CdTe получаются ориентированными т.е. столбчатыми и с поверхностным рельефом. Темновое удельное сопротивление полученных пленок превышает 103 Ом·см и обладает дырочной проводимостью. При использовании в качестве легирующих примесей Sb или As удельной сопротивление снижается в 2-3 раза [6].

Гетеропереходы p CdTe – n CdS и p CdTe – n CdSe изготавливались напылением в вакууме (~10-5 мм рт.ст.) слоя CdS и CdSe толщиной 1…5 мкм на поверхность базовых слоев p-CdTe. Пленки CdS и CdSe формировались при температуре подложки 250оС и 300оС соответственно. Слои CdS и CdSe легировались индием (In) непосредственно во время их напыления. Токосьемочные контакты были получены напылением In в вакууме (~10-5 мм рт.ст.) в виде полосок.