Введение к работе
Актуальность темы. Разработка и создание полупроводниковых фотоэлектрических устройств прямого преобразования энергии света в электрическую энергию является актуальной проблемой. В качестве основы фотоэлементе долгое время использовались гомопереходн на сенс» монокристаллического кремния, а также более эффективные, но и весьма дорогие гетеропереходы на основе монокристаллических GMs-..lGaAs. Поиски белее дешёвых технологий для изготовлени.. фотоэлементов привели к созданию фотоэлектрических преобразователей на основе аморфного кремния и кристаллических материалов группы АВе. Ий последних наиболее широкую известность получила гетеро-пара cdS-cu2s и её модификации, такие как MZnS-cu2s и CdZn5-CulnSe2. позволяющие получить значения КПД — 12 % ( как и у аморфного кремния ).
Многочисленные исследования фотоэлектрических свойств этих гетеропереходов показали, что использование только термоэмиссионных моделей разработанных для гомо- и гетеропереходов, крайне затруднительно. Разнообразие процессов, протекающих, в этих структурах оязано с такой характерной их особенностью как наличие высокой плотности состояний на границе раздела (из-за несоответствия постоянных кристаллических решйток материалов, составляющих гетеропа;:у) и в барьерной области. Создание модели,' позволяющей с единых позиций объяснить явления, связанные с токогіе'реносом в таких структурах могло бы иметь как. теоретический, так и практический интерес: Является важным объяснение таких особенностей фотопреобразователей на основе неидеальных гетеропереходов, как небо пьаібе значение напряжения холостого хода (и^. большой коэффициент неидеальности вольтзмперной характеристики №АХ), низкое, дифференциальное сопротивление при малых смещениях и другие явления. Все эти особенности говорят о недостаточно высокой эффективности работы фотоэлементов. Вместе с тем, нужно иметь ввиду, что некоторые" эффекты.снижэющко КПД гетероструктуры, применяемой ь качества фотоэлемента (нзпример.рекомбинация носителей на поверхностных центрах гетерограницы) могут быть использованы для создания приборов,не связанных с. получением электроэнергии, однако, это требует глубокого понимания особегчостей прочессоз перекоса и рекомбинации носителей в барьерной области и на готб-регржице.
- -,4 -
Целью настоящей раооты является разработка модели, позволяю
щей с единых позиций объяснить явления, связанные с тскопереносом
в скласти пространственного заряда гетероперехода oas-Cu^s и раз
работка фотоэлектрических преобразователей на основе этого гете
роперехода. .-'.-': ;,...;;;;" ;.-vv ',.'.
Тля осуществления этой цели были изгоювлены тонкоплаючные.
..; проеобрззо&атели на основе .odS-CugS, произведены детальные изме-
' рения зависимость проводимости полученной структуры от параметров барьера, создана модель/позволяющая объяснить процессы токопере-
, носа и рекомбинации ь области пространственного заряда и на гетз-рогранице, разработана методика получении на основе гетерошрехо- ; да тонкоплбночной фотоэлектрической батареи, а также создан опыт-
''ный образец безьакуумного преобразователя; оптического изображения в электрический сигнал. : ;.
Баучная новизна заключается в том, что вперзые:
і. Установ.'эно, что с ростом освещённости белым или короле-
„ волновым і Д. < Е20 нм v светом,; ширина барьера существенно умень-
: шапгся, а проводимость увеличивается как на постоянном, так и на
переменном : токе. Проводимость области: пространственного заряда увеличивается с ростом частоты И'мерительного сигнала.
''.' 2. Разработан метод определения диффузионной длины в сульфиде меди по спектральной зависимости фотоотьлика гетероперехода
:'cds-cu3s. Показано, что достоверный результат можно получить только обеспечив независимость .коэффициент?, разделения носителей ка гетерогранице от длины волны возбуждающего света.
, х . 3. Экспериментально и теоретически гюкайано, что про&оди-мость гетероперехода CdS^-CugS обусловлена глжным обрезом тун- . нельно-прыжковым переносом с переменной. длиной прыяка ь власти, пространственного заряда. гетероструктуры с последующей рекомбина- : 'цией на состояниях границы раздела, і л
'.', -; 4. Разработан численный метод расчёта вольтамиериых характеристик и температурных зависимостей тока в гетеропереходе CdS-Cu2s. Установлено.что существенная нелинейность БАХ при омическом характере прыжковой проводимости объясняется особенностями про-"" цесса переноса ъ ОПЗ и рекомбинации на гетерограницо. [, 5. Показано, что определение истинного хода урог.кя Ферми в
'-" орЧ гетеропереходе; необходимо для точного расчёта .vo темиовой и световой провэдкмости,, особенно; в случае болі nrofl скорости рекам-
бингции на гетерогранице Предложен метод ьычис-ения хода уровня Ферми совместно с решением задачи о проводимости гетерострукгуры. 6. Предложен способ расчёта ЭДС холостого хода гетерофото-' элементов с болілими туннельно-рекомбимационными токами утечки. Установлено, что фото ЭДС .существенно зависит от формы потенци-,. ального барьера и условий рекомбинации на' гетерогранице. Уменьшение поверхностной концентрации це лров рекомбинации приводит к снижению потерь фото ЭЛС. "''....'' Практическое значение работы. :
-
На основе предложенной модели оазработаи метод вычисления 6АХ неидеальных гетеропереходов как темновых, так и прч освещении.
-
' ПреДЛОЖеНИЫЯ СПОСОб определения ДИФФУЗИОННОЕ ДЛИНЫ П03ЕО-
ляет оперативно вносить изменения в технологию изготовления ТОН-КОП ЛУНОЧНЫХ' гетерофотоэлемен: эй нэ основе Cd3-Cu23 (определять оптимальную толщину Cu2s).
3. Разработана безвакуумная технология получения тенкошгё- '
ночной фотоэлектрической батареи на основе гетероперехода CdZnS-
cu2s. '; .'.-. .
4. На основе гетероперехода cHS-CuE3 разработан. безвакуумный
высокочувствительный преобразователь , оптического изображения . в
электрический сигнал и изготовлен опытный экземпляр устройства,
на которое имеется авторское свидетельство.
Положения, выносимые на защиту: ;;, '
1, Токоперенос в гетеропереходе CdS-CuaS заемсит от протяжённости ОПЗ. на которую, в свою очередь,' существенно влияют условия освещения. -
Z. Проводимость "етероструктуры Cds-Cu2s формируется процес
сами ту ннельно-прыжкевого переноса в ОПЗ и рекомбинацией на гетё
рогранице. .''
-
ВАХ неидеального гетероперехода определяется правде всего туннельно-реко.мбинационкым переносом. Нелинейность ВАХ связана с особенностями. туньельно-прыжкового переноса в барьерной структуре и наблюдается при омическом характере прыжковой проводимости.
-
Для. расчёта ВАХ гетероперехода, обусловлено** туинельно-
' рекомбинационными токами необходимо,, точно определять ход уровня" Ферми в ОПЗ при всех смещениях. Предложен способ таких расчётов.
. 5. Туннел^но-рекомбинзционкые токи-утечки, зависящие от фирмы потенциального, б-эрьерэ, а также от условий рэкомби-м-чии їм по-
верхности раздела существенно влияют на напряжение холостого хода гетерофотоэлемента.
Апробация-работы. Основные результаты работы докладывались к- 12 Совещании по теории полупроводников (Ташкент."Э85 г.), И Уральской конференции -"Синтез-и. исследование халькогенидных плёнок" (Свердловск, .1938 г.), Девятом международном совещании пс (Фотоэлектрически!* и оптическим явлениям в твёрдых телах (Болгария, Варна, 1969 г.j, Ьсесоюзной научной конференции "Фотоэлектрические явления в полупроводниках (Ташкент. 1989 г.), Ш Всесоюзной конференции по физике и технологии тонких полупроводниковых пленок (Ивано-Франковск, 1990 г.), и Всесоюзной конференции по фотоэлектрическим явлениям в полупроЕОДниках (Ашхабад, 1991 г.). .
Публикации: Основные результаты диссертационной работы отражены * 16 публикациях, имеется одно А.г.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав заключения и списка литературы. Общий объем работы составляет 159 страниц, вкшочая 116 страниц машинописного текста, 76 рисунков, и списка цитированной литературы, начитывающего 141 наименование,
