Фотоелектричні і оптичні явища в фотодетекторах і сонячних елементах на основі напівпровідників А3В5 з текстурованою межею поділу - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИРобота виконана в Інституті фізики напівпровідників ім. Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор Дмитрук Микола Леонтійович, Інститут фізики напівпровідників ім. Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор Комащенко Валерій Миколайович, Інститут фізики напівпровідників ім. Лашкарьова Національної Академії Наук України, завідувач відділу доктор фізико-математичних наук, професор Горбик Петро Петрович, Інститут хімії поверхні ім. Захист відбудеться "18" грудня 2009 р. о 1415 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.199.01 в Інституті фізики напівпровідників ім.Поверхнево-барєрні структури (ПБС) на основі цих матеріалів можна вважати одними з перспективних фотоперетворювачів, тому що вони відповідають наступним вимогам: 1) вони мають достатньо високий коефіцієнт корисної дії (ККД); 2) чутливі в УФ області сонячного спектру; 3) використовують просту технологію виготовлення і не потребують високотемпературних обробок, що негативно впливає на рекомбінаційні параметри напівпровідника і електронні параметри межі поділу. Для збільшення ефективності СЕ такого типу існують дві можливості: 1) зменшення оптичних втрат за рахунок створення поверхневого мікрорельєфу, використання антивідбиваючих тонкоплівкових покриттів та заміни напівпрозорого металевого шару прозорим провідним оксидом (наприклад, ITO) і 2) підвищення внутрішньої квантової ефективності внаслідок оптимізації параметрів напівпровідника і вибору поверхневих обробок, що дозволяють мінімізувати рекомбінаційні втрати на поверхні і межах поділу. Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні задачі: - провести теоретичний аналіз формування фотоструму в СЕ поверхнево-барєрного типу з детальним врахуванням електронних переходів на поверхні, у тім числі в структурах з текстурованою межею поділу; провести розрахунок пропускання світла у напівпровідник в залежності від параметрів поверхневої провідної плівки і статистичних характеристик шорсткостей поверхні (межі поділу) з метою визначення внутрішнього квантового виходу; В роботі використані такі методи дослідження: феноменологічний розрахунок фотоструму барєрної структури при детальному врахуванні електронних переходів на межі поділу і рекомбінації в області просторового заряду (ОПЗ) і на поверхні; розрахунок спектра пропускання світла в напівпровідник крізь поглинаючу (провідну) плівку при різних параметрах шорсткості поверхні (межі поділу) та товщині плівки; вимірювання світлових та темнових вольтамперних характеристик (ВАХ), за допомогою яких визначаються електричні параметри структури - струм короткого замикання Ікз, напруга розімкнутого кола Vpk, коефіцієнт корисної дії (ККД) h, коефіцієнт заповнення світлових ВАХ FF, величини шунтуючого Rш і послідовного Rп опорів; вимірювання вольт-фарадних характеристик для визначення концентрації вільних носіїв заряду та висоти барєру; вимірювання спектрів дзеркального і дифузного відбивання світла та фотоструму короткого замикання ПБС; атомно-силова мікроскопія (АСМ) для кількісного опису мікрорельєфу поверхні.У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету та задачі досліджень, підсумовано наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, коротко викладено зміст дисертації по розділах. Наведено способи опису оптичних властивостей шорстких поверхонь, основи статистичної променевої оптики для шорстких поверхонь, а також найбільш поширені типи мікрорельєфів, а також використання поруватих і композитних матеріалів у фотовольтаїці. При цьому були прийняті допущення про термоемісійно-дифузійний перенос основних та неосновних (формуючих фотострум) носіїв заряду з врахуванням рекомбінації в ОПЗ і в напівнескінченній або тонкоплівковій базі, проведено “зшивання” концентрацій носіїв заряду та їх похідних (потоків) на межі області просторового заряду та квазінейтрального обєму. Фотострум , що генерується під час проникнення світла у напівпровідник крізь тонку плівку металу при сонячному опроміненні, визначається як: ,(2) де El(l) - густина потоку фотонів як функція довжини хвилі, Qi(l) - внутрішня квантова ефективність, Тмі(l) - пропускання металевої плівки, товщина якої може змінюватись для мікроповерхней з різним нахилом, Ri(l) - відбивання фронтальної поверхні ПБС. У випадку мікрорельєфної межі поділу (при d<<l, d - середньо-квадратичне відхилення від площини поверхні) дзеркальне відбивання світла, відповідно до скалярної теорії дифракції Кірхгофа, визначається як: (3) де R0(l) - відбивання ідеально плоскої поверхні, j - кут падіння світла.5 видно, що за рахунок текстурування межі поділу ПБС типу Au-GAAS і Au-INP при відповідному виборі морфології мікрорельєфу напівпровідника та технології виготовлення структури можна досягти значного підвищення фоточутливості таких фотодетекторів в ближній УФ області спектра до рівня кращих світових зразків (табл.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ