3.2.10 Селенид меди и индия (CuInSe2)

Поскольку ширина запрещенной зоны массивных образцов равна солнечные элементы с гетеропереходом [191] имеют близкое к оптимальному (с точки зрения эффективности преобразования энергии) сочетание полупроводников, которое признано перспективным и для солнечных элементов в тонкопленочном исполнении. Степень несоответствия параметров кристаллической решетки для поверхности с ориентацией (0001) и поверхности с ориентацией

(112) составляет Тонкие пленки получают различными методами, в том числе вакуумным испарением [192, 193, 195, 196], высокочастотным ионным распылением [194], дискретным испарением [197, 198], пульверизацией с последующим пиролизом [199] и молекулярно-лучевой эпитаксией [200].

3.2.10.1 Структурные свойства

Пленки осаждаемые на подложки, нагретые до 500 К, с использованием одного испарителя, представляют собой однофазные системы с наличием преимущественной ориентации оси с. При увеличении температуры подложки образуются более крупные зерна, и при температуре 500 К пленки состоят из зерен размером около Последующий отжиг пленок приводит к увеличению размеров зерен до 1 мкм и более. При пониженной температуре подложки (350 К) в пленках в свободном виде присутствуют Дерни и др. [197] методом дискретного испарения наносили аморфные пленки на стеклянные подложки, температура которых составляла 77 К Хорингом и др. [189] методом дискретного испарения получены поликристаллические пленки с размером зерен около 0,1 мкм на подложках, нагретых до

Качество пленок, осаждаемых методом ионного распыления [194], существенно зависит от размера частиц вещества, из которого изготовлена мишень. При распылении мелкозернистых мишеней образуются многофазные пленки с дефицитом и избытком тогда как при использовании крупнозернистых мишеней осаждаются пленки стехиометрического состава, которые, согласно результатам рентгеноструктурного анализа, имеют структуру сфалерита или халькопирита. Установлено, что температура подложки влияет на кристаллическую структуру и размер зерен пленок, но не оказывает воздействия на их состав. При ионном распылении крупнозернистых мишеней на подложках, имеющих низкую температуру (20 °С), образуются аморфные пленки. При температуре подложки 50.. .300 °С пленки кристаллизуются в структуре сфалерита. В температурном интервале 450. ..550 °С осаждаемые пленки имеют структуру халькопирита и состоят из ориентированных зерен. В пленках, получаемых при высокой температуре, размер зерен равен 1 мкм.

Для нанесения высококачественных пленок методом пульверизации с последующим пиролизом температуру подложки необходимо поддерживать в пределах 250.. .450 °С. При температуре 350 °С пленки кристаллизуются в структуре сфалерита. Как показывает анализ рентгенограмм, при температуре менее 250 °С степень кристаллизации пленок понижается, а при температуре выше 400 °С в составе пленок появляется вторая фаза.

Рис. 3.28. Зависимости концентрации носителей и удельного сопротивления пленок полученных вакуумным испарением при температуре подложки от избыточного содержания селена в испаряемом веществе [193] для пленок -типов.

Рис. 3.29. Зависимость удельного сопротивления пленок получаемых методом вакуумного испарения, от температуры подложки при избыточной концентрации в испаряемом веществе, равной [193].

3.2.10.2 Электрические свойства

В тонких пленках преобладает рассеяние носителей на границах зерен, а тип носителей и их концентрация определяются в основном степенью отклонения состава от стехиометрического. Избыточное количество обусловливает проводимость -типа, причем при повышении концентрации удельная проводимость пленок увеличивается [193, 195]. Пленки с недостаточным содержанием имеют проводимость -типа. Однако при высокочастотном ионном распылении [194] пленки с дефицитом селена обладают проводимостью р-типа. Казмерски и др. [196] сообщали, что при испарении материала пленок из одного источника нанести пленки -типа непосредственным путем не удается. Для получения пленок с дырочной проводимостью по завершении процесса осаждения осуществляют низкотемпературный отжиг в атмосфере Влияние избыточного количества в испаряемом веществе на концентрацию носителей и удельное сопротивление пленок [139] иллюстрирует рис. 3.28. Зависимость удельного сопротивления тех же пленок от температуры

подложки приведена на рис. 3.29. В свежеосажденных пленках -типа проводимости, получаемых вакуумным испарением при температуре 500 К, с подвижностью носителей (при комнатной температуре), равной преобладает рассеяние носителей на границах зерен [196]. Для пленок, осажденных при более низкой температуре подложки (480 К), характерно дополнительное рассеяние на примесях. Отжиг пленок -типа не приводит к изменению типа проводимости, однако благодаря увеличению размеров зерен подвижность носителей возрастает.

3.2.10.3 Оптические свойства

В поликристаллических пленках получаемых дискретным испарением, происходят прямые оптические переходы при ширине запрещенной зоны, равной (1,02±0,01) эВ [198]. Пленки, осаждаемые с помощью высокочастотного ионного распыления, имеют ширину запрещенной зоны 0,86. ..1,00 эВ [194]. В пленках, выращиваемых методом пульверизации с последующим пиролизом [199] на подложках, нагретых до 300... 400 °С, при энергии около 0,95 эВ наблюдается резкий край поглощения. При температуре осаждения пленок 200 °С край поглощения размыт, тогда как у пленок, получаемых при 400 °С, спектральная зависимость коэффициента поглощения имеет резкий край.

Данные, приведенные в табл. 3.2, позволяют сравнить свойства полупроводниковых пленок, осаждаемых различными методами.