Процеси фотогенерації і збирання носіїв заряду в кремнійових структурах з дифузійно-польовими бар’єрами

17. Semenovich V.A., Klyui N.I., Litovchenko V.G., Kostylyov V.P., Chernenko V.V. Protective coatings based on polymer-like DLC films for solar cell applications // Proceedings of 6 International Conf. “Physics and Technology of Thin Films”. - Ivano-Frankivsk - 1997. - P.129.

18. Горбань А.П., Прима Н.А., Саченко А.В., Костильов В. П., Серба О.А., Черненко В.В. Комп'ютерне моделювання впливу радіаційного опромінення протонами на кремнієві сонячні елементи // Тези доповідей 2-ї Української наукової конф. з фізики напівпровідників (УНКФН-2). - Чернівці-Вижниця, Україна. - 2004. - Т.1. - С.219.

АНОТАЦІЇ

Черненко В.В. Процеси фотогенерації і збирання носіїв заряду в кремнійових структурах з дифузійно-польовими бар'єрами. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 - фізика напівпровідників і діелектриків. - Київський національний університет ім. Тараса Шевченка. - Київ, 2005 р.

В результаті експериментальних і теоретичних досліджень, проведених в дисертаційній роботі, встановлені нові закономірності протікання нерівноважних генераційно-рекомбінаційних і фотоелектричних процесів в багатошарових фоточутливих структурах (ФС) на основі системи Si-SiO₂ з приповерхневими дифузійно-польовими бар'єрами, визначені електрофізичні, генераційно-рекомбінаційні, оптичні, фотоелектричні та мікроструктурні характеристики таких структур при різних способах їх формування і наступних обробок і на цій основі розроблені фізичні і фізико-технологічні принципи підвищення ефективності процесів фотоелектричного перетворення енергії в кремнійових ФС та створені високоефективні сонячні елементи.

Ключові слова: ФС, система Si-SiO₂, приповерхневі дифузійно-польові бар'єри, генераційно-рекомбінаційні процеси, фотоелектричні характеристики, ефективність процесів фотоелектричного перетворення енергії, високоефективний сонячний елемент.

Черненко В.В. Процессы фотогенерации и собирания носителей заряда в кремниевых структурах с диффузионно-полевыми барьерами. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков. - Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко. - Киев, 2005 г.

В работе представлены результаты исследований особенностей протекания генерационно-рекомбинационных и фотоэлектрических процессов в кремниевых структурах с комбинированными приповерхностными диффузионно-полевыми барьерами.

Проведены экспериментальные исследования влияния различных активных физико-химических обработок, применяющихся при изготовлении фоточувствительных структур (ФС). Показано, что система Si-SiO₂, сформированная методом термического окисления кремния зонной плавки в хлорной среде, имеет высокое качество границы раздела Si-SiO₂ и приповерхностной области кремния в электрофизическом и структурном отношении, что свидетельствует о перспективности ее использования в кремниевых ФС.

В результате комплексных исследований показано, что сформированные в одинаковых условиях слои SiO₂, термически выращенного на плоских и текстурированных участках поверхности кремния, существенно отличаются как примесным составом, так и микроструктурой переходной области. Обнаружена корреляция между повышением концентрации электрически активных примесей на текстурированных участках и возрастанием генерационной активности, плотности встроенного в окисел заряда и концентрации поверхностных электронных состояний. Экспериментально обоснованы модельные представления относительно структурно-примесной природы электрически активных центров, образовавшихся в процессе термического окисления текстурированной в водных растворах КОН поверхности кремния.

Теоретически и экспериментально проанализированы особенности просветления кремниевых слоистых ФС, в которых поверхность кремния запассивирована пленкой SiO₂ с относительно низким значением показателя преломления. Показано, что при толщине пленки SiO₂ до 30 нм оптические потери света в таких структурах могут быть уменьшены на 25-30% с использованием пленок Si₃N₄ и алмазоподобных пленок гидрогенизированного аморфного углерода (АПП). Определены и экспериментально подтверждены критерии, при выполнении которых использование АПП приводит к повышению эффективности процессов фотоэлектрического преобразования энергии в кремниевых ФС на 20-30%.

На основе результатов теоретического и экспериментального исследования кинетики релаксации малосигнальной фотоэдс в кремниевых ФС впервые установлены критерии, при выполнении которых время релаксации малосигнальной фотоэдс при наличии постоянной подсветки совпадает с эффективным временем жизни неосновных носителей заряда в базовой области этих структур. Предложен и экспериментально обоснован новый метод определения эффективного времени жизни в ФС, базирующийся на измерениях фотоэдс, и проведено сопоставление полученных данным методом результатов с результатами измерений времени жизни методом спектральных зависимостей фотоэдс в кремниевых солнечных элементах.

Впервые теоретически установлены закономерности влияния радиационного облучения протонами высоких энергий на эффективность фотоэлектрического преобразования энергии при произвольном соотношении между глубиной радиационно поврежденного слоя, длинной диффузии неосновных носителей заряда в базе до облучения и толщиной слоистой ФС. Предложена и экспериментально обоснована трехслойная модель неоднородной по глубине рекомбинации в базе ФС, в которой учитывается увеличение количества дефектов, создаваемых такими протонами в конце их пробега. Сопоставлены закономерности влияния облучения протонами и электронами на фотоэлектрические параметры ФС. Результаты теоретического анализа подтверждены результатами проведенных в работе экспериментальных исследований.

Разработана конструкция и технологические процессы опытного производства кремниевых солнечных элементов с эффективностью до 17% в условиях АМ0 и до 20% в условиях АМ1,5, характеризующиеся высокой воспроизводимостью параметров. На основе разработанных солнечных элементов совместно с СКТБ с ОП ИФП НАН Украины созданы солнечные батареи наземного назначения для переносной дозиметрической и радиометрической аппаратуры нового поколения, а также солнечные батареи космического назначения с эффективностью около 15% и удельной энергоотдачей до 190 Вт/м², предназначенные для использования в системе энергообеспечения космического аппарата нового поколения КС5МФ2.

Разработана, изготовлена и метрологически аттестована на государственном уровне стендовая база для автоматизированного экспрессного измерения темновых и световых ВАХ в стандартных условиях и расчета на их основе электрических и фотоэнергетических параметров солнечных элементов и батарей. Эта база используется в составе Центра испытаний фотопреобразователей и батарей фотоэлектрических Института физики полупроводников им.В.Е. Лашкарева НАН Украины, аккредитированного Украинским государственным научно-производственным центром стандартизации, метрологии и сертификации.

Ключевые слова: ФС, система Si-SiO₂, приповерхностные диффузионно-полевые барьеры, генерационно-рекомбинационные процессы, фотоэлектрические характеристики, эффективность процессов фотоэлектрического преобразования энергии, высокоэффективный солнечный элемент.

Chernenko V.V. Photogeneration and Сharge Сarrier Сollection Processes in Silicon Structures with Diffusion-Field Barriers. - Manuscript.

Philosophy Doctor Thesis (01.04.10 - Semiconductor and Dielectric Physics). - Taras Shevchenko Kyiv National University. - Kyiv, 2005.

As a result of theoretical and experimental investigations new regularities of non-equilibrium generation-recombination and photovoltaic processes related to multi-layer silicon photosensitive structures (PS) on the base of system Si-SiO₂ with diffusion-field surface barriers are determined. Electrical, generation-recombination, optical, photoelectrical and microstructural characteristics of such PS measured by various experimental methods are obtained, and. physical and technological principles for enhancement photovoltaic conversion efficiency are developed. As a result, highefficiency silicon solar cells and modules are produced and investigated.

Key words: PS, Si-SiO₂ system, diffusion-field surface barriers, generation-recombination processes, photoelectrical characteristics, photovoltaic conversion efficiency, highefficiency silicon solar cell.

Размещено на Allbest.ru