Фотоелектричні властивості плівкових полікристалічних гетероструктур на основі сполук системи Cu-In-Ga-Se - Автореферат

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наукРобота виконана у Національному технічному університеті “Харківський політехнічний інститут” Міністерства освіти і науки України. Науковий керівник - Заслужений діяч науки та техніки України, доктор фізико-математичних наук, професор, Бойко Борис Тимофійович, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, завідувач кафедри фізичного матеріалознавства для електроніки та геліоенергетики. Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор, Фінкель Віталій Олександрович, Національний науковий центр “Харківський фізико-технічний інститут”, начальник лабораторії фізичного матеріалознавства; Захист відбудеться 17квітня 2003 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 55.051.02 при Сумському державному університеті за адресою 40007, м.Тому в даний час, з одного боку, на основі високоефективних лабораторних зразків “substrate” СЕ з базовим шаром CUIN0,7Ga0,3Se2 інтенсивно розробляються промислові технології їх виготовлення, а з іншого - продовжується пошук нових конструктивно-технологічних рішень плівкових СЕ на базі інших сполучень системи Cu-In-Ga-Se. Величина к.к.д. сонячних елементів визначається ефективністю фотоелектричних процесів - генерацією, дифузією, дрейфом, поділом і збиранням генерованих під дією світла нерівноважних носіїв заряду у фотоелектрично активній плівковій гетероструктурі, що складає основу СЕ. Теоретична ефективність плівкових СЕ може бути збільшена до 30.2% у тандемних СЕ, в яких використовуються одночасно “substrate” СЕ на основі CIGS та “superstrate” СЕ на основі CGS. Дисертація виконувалася здобувачем на кафедрі фізичного матеріалознавства для електроніки і геліоенергетики відповідно до планових завдань науково-дослідного відділу Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” та у рамках Міжнародних грантів кафедри в Інституті фізичної електроніки Штутгартського університету (Німеччина): “Розробити сонячні модулі на основі плівкових та гібридних ФЕП з к.к.д. до 10% для використання в ролі відновлюваних джерел енергії” (1994-1996 рр., ДРН 0195U014005). Зіставити фізичні механізми впливу кристалічної та енергетичної структур базового шару на фотоелектричні процеси “substrate” гетероструктур на основі CUIN0,7Ga0,3Se2 і CUGASE2.Розрахунок вихідних параметрів СЕ (густини струму короткого замикання Jкз, напруги холостого ходу Uxx, фактору заповнення світлової вольтамперної характеристики FF, коефіцієнта корисної дії h) і діодних параметрів (густини діодного струму насичення Jo, коефіцієнта ідеальності діода А, послідовного Rп і шунтувального Rш опорів, зведених до одиничної площі СЕ) здійснювався шляхом апроксимації експериментальної ВАХ за теоретичною залежністю Вибір за моделі таких СЕ зумовлений монокристалічною структурою базового шару, яка дозволяє меншій кількості структурних факторів впливати на фотоелектричні процеси. Для встановлення структурних механізмів деградації фотоелектричних властивостей гетероструктур було проведене комплексне вивчення структури базових шарів CUIN0,7Ga0,3Se2. Дослідження за допомогою растрової електронної мікроскопії показали, що витримка на повітрі не приводить до зміни морфології поверхні та поперечного відколу базових шарів. Для експериментальної апробації діаграм “Df2q-склад” були проаналізовані структурні модельні зразки з базовим шаром CUGASE2 стехіометричного складу, збагачені міддю і галієм, які були отримані в рамках одного експерименту шляхом збільшення лінійного розміру підкладки.Шляхом моделювання впливу світлових діодних параметрів на вихідні параметри СЕ на основі відповідних базових шарів теоретично ідентифікуються один, чи, у крайньому разі, два світлові діодні параметри, що визначають к.к.д., а потім експериментально досліджується вплив кристалічної та енергетичної структур на ці діодні параметри, що дозволяє запропонувати фізично-матеріалознавче рішення для покращання фотоелектричних властивостей гетероструктур. Шляхом чисельного моделювання показано, що зафіксоване експериментально зниження зі швидкістю 1,7% у рік ефективності негерметизованих плівкових СЕ з базовим шаром CUIN0,7Ga0,3Se2 при їх витримці на повітрі обумовлене збільшенням густини діодного струму насичення і зниженням шунтуючого опору. Розроблена фізична модель деградації фотоелектричних властивостей негерметизованих СЕ на основі CUIN0,7Ga0,3Se2 після витримки на повітрі протягом трьох років: на поверхні базового шару зароджуються вторинні фази In2O3 і Ga2O3, що супроводжуються генерацією вакансій акцепторного типу, а в обємі - зменшується концентрація атомів натрію, що зумовлює зростання рекомбінації нерівноважних носіїв заряду.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ