Технология и свойства пленок оксида цинка для тонкопленочных солнечных модулей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.06, кандидат наук Кашкул Имад Нсаиф Кашкул

• Кашкул Имад Нсаиф Кашкул
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Кашкул Имад Нсаиф Кашкул

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ПРОЗРАЧНЫЕ ПРОВОДЯЩИЕ ПЛЕНКИ НА ОСНОВЕ ОКСИДОВ

МЕТАЛЛОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ

1.1. Прозрачные проводящие пленки на основе оксидов металлов

1.2. Структурные, оптические и электрические свойства

пленок оксида цинка

1.3. Методы получения прозрачных проводящих пленок оксида цинка

1.4. Применение пленок оксида цинка в оптоэлектронике

1.5. Оксид цинка - перспективный материал для солнечных модулей

1.6. Поликристаллический гетероперехода «-7пО/^-СиО

Выводы по главе 1

Глава 2. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

ПЛЕНОК ОКСИДА ЦИНКА

2.1. Технология получения пленок оксида цинка

2.2. Методы исследования пленок оксида цинка

2.3. Влияние отношения потока диборана к потоку паров диэтилцинка

на свойства пленок ZnO:B, полученных LPCVD-методом

2.4. Влияние неоднородности пленки 7пО:В по толщине

на свойства солнечного элемента

2.5. Влияние давления газов в рабочей камере

на свойства пленок ZnO:B при химическом осаждении

2.6. Влияние температуры подложки и времени осаждения

на оптические и электрические свойства пленок ZnO:B

Выводы по главе 2

Глава 3. ВЛИЯНИЕ ПОСТРОСТОВОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ

И СВОЙСТВА ПЛЕНОК ОКСИДА ЦИНКА

3.1. Методы постростовой обработки пленок оксида цинка

3.2. Влияние температуры постростовой термообработки

на свойства пленок 7пО:В

3.3. Влияние среды постростовой термообработки

на оптические и электрические характеристики пленок 7пО

3.4. Влияние ионного травления

на спектры пропускания и структуру пленок оксида цинка

Выводы по главе 3

Глава 4. ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛЕНОК ОКСИДОВ МЕДИ

4.1. Электрофизические и оптические свойства

пленок оксидов меди и методы получения

4.2. Исследование состава и структуры пленок оксидов меди, полученных термическим окислением меди в разных режимах

4.3. Исследование свойств пленок оксидов меди,

полученных методом высокочастотного магнетронного распыления

4.4. Плёнки оксидов меди, полученные методом магнетронного распыления с разным составом газовой смеси «аргон + кислород»

Выводы по главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

И ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

СОКРАЩЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология и свойства пленок оксида цинка для тонкопленочных солнечных модулей»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Сегодня массовое использование энергии солнечного излучения и повышение эффективности его преобразования в электрическую энергию является одной из актуальнейших задач. Объем производства солнечных элементов на основе моно- и поликристаллического кремния составляет 83 % от общего объема производства подобных устройств. Во всех конструкциях остальных типов солнечных элементов присутствуют пленки проводящих оксидов металлов: ZnO, SnO2, ГГО, TiO2. Но наиболее популярными материалами, с точки

зрения применения в составе солнечных модулей, в последнее десятилетие стали оксид цинка и ГГО.

Тонкие пленки оксида цинка широко используются в качестве прозрачных проводящих электродов в солнечных модулях, поскольку имеют высокую проводимость и высокую прозрачность и технологически хорошо совместимы с условиями формирования слоев активных полупроводников. Обычно слои ZnO наносятся методом газофазного осаждения при пониженном давлении (LPCVD-метод). В качестве фотоактивного слоя для оксидных гетероструктур значительный интерес представляют пленки оксидов меди, так как спектры их поглощения хорошо согласуются со спектром солнечного излучения. Кроме того, они обладают ^-типом проводимости, что в сочетании с другими оксидами (например, оксидом цинка п-типа проводимости) позволяет формировать гетероструктурные солнечные элементы типа ZnO/CuO и ZnO/Cu2O). Одной из проблем создания таких ге-тероструктур является технологическая совместимость условий формирования пленок оксида цинка и оксидов меди.

Целью диссертационной работы являлось исследование структуры, оптических и электрофизических свойств тонких проводящих пленок оксида цинка в зависимости от методов и условий их формирования, а также исследование характеристик оксидных гетероструктур на основе пленок оксидов меди и оксида цинка для тонкопленочных солнечных модулей.

Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать влияние технологических параметров осаждения прозрачных проводящих пленок оксида цинка ЬРСУО-методом на их структуру и свойства.

2. Исследовать влияние постростовой обработки на структуру и свойства тонких пленок оксида цинка.

3. Разработать методики исследования тонких пленок прозрачных проводящих оксидов.

4. Проанализировать влияние технологических режимов при различных методах формирования оксидных гетероструктур на основе оксида цинка и оксидов меди на характеристики изделий.

Объектом исследования являлись тонкие пленки оксида цинка и оксидов меди, полученные разными методами - ЬРСУО и магнетронным распылением в разных технологических режимах (при разных температурах подложки, давлениях и составах газовой смеси, временах осаждения).

Методами исследования являлись спектральные методы исследования пропускания, отражения, а также диффузного рассеяния, атомно-силовая микроскопия, спектральная эллипсометрия, спектроскопия комбинационного рассеяния, методы анализа вольт-амперных характеристик и методы холловских измерений.

Научная новизна полученных результатов потверждается следующими положениями:

1 Показано, что в процессе химического осаждения при пониженном давлении (LPCVD) пленок оксида цинка с увеличением температуры и времени осаждения, полное пропускание уменьшается, а диффузное пропускание увеличивается и минимум поверхностного сопротивления был достигнут при температуре осаждения 175- 185°С и составляет примерно 15 Ом.

2. Постростовая обработка пленок 7пО и структур с их использованием позволила определить, что при увеличении температуры отжига до 200°С сопротивление снижается незначительно (с 15 Ом до 14 Ом), а при увеличении темпе-

ратуры отжига до 250°С и выше начинается значительный рост поверхностного сопротивления (более 100 Ом).

3. При изохронных отжигах пленок меди в течение 30 мин при температурах 220...250°С образуется Cu2O, при дальнейшем повышении температуры до 350°С в пленке образуется смесь фаз Cu2O и CuO, но уже при температуре 500°С и выше образуется одна фаза CuO.

4. Показано, что вариация соотношения газовой смеси аргон кислород при магнетронном распылении порошковой мишени позволяет контролируемо получать слои разного состава Cu2O и CuO.

Практическая ценность работы определяется следующими положениями:

1. В процессе отработки технологии получения пленок оксида цинка на подложках большой площади методом LPCVD легированных бором, установлено влияния параметров осаждения на электрически и оптически свойствf тонких пленок ZnO:B. Определены оптимальные значения давления в камере равное 0,5 мбар и соотношение [B2H6]/[DEZ] = 0,3. Данные позволяют достичь минимального поверхностного сопротивления пленок - около 15 Ом, диффузное рассеяние достигает значения около 23 %, а пропускание в диапазоне длин волн от 400 до 1100 нм составляет более 78%.

2. Показана возможность улучшения электрических и оптических свойств пленок оксида цинка методом термического отжига.

3. Разработана технология магнетронного распыления слоев оксида меди с контролируемым составом.

Научные положения, выносимые на защиту можно сформулировать следующим образом:

1. Для обеспечения однородности плёнок ZnO на подложках большой площади необходимо оптимизировать суммарное давление компонентов газовой смеси, исходя из особенностей реакционной камеры. Для камеры установки TCO 1-1200 оптимальное значение давления, при котором достигается наилучшая однородность плёнок, составляет 0,5 мбар.

2. Для обеспечения однородности пленок оксида цинка по толщине не хуже 20 %, необходимо обеспечить поддержание температуры 180 °С по всей поверхности подложки с точностью не хуже +5 °С

3. Постростовая обработка плёнок ZnO при температурах 200... 220 °С позволяет снизить значение поверхностного сопротивления, что повышает эффективность солнечных модулей.

4. При термообработке пленки меди толщиной 0,1 мкм на воздухе при 500 °С в течении 30 мин можно получать однофазные пленки СиО.

Личный вклад соискателя состоит в самостоятельном поиске и анализе источников информации, выборе цели и формулировке задач работы, выборе методов нанесения слоев и методов их исследования, а также в проведении измерений и анализе полученных результатов.

Основные результаты диссертационной работы получены диссертантом самостоятельно и в соавторстве с коллегами. Кроме того, автором проведены оптические и электрофизические исследования пленок оксида цинка и оксидов меди с использованием аппаратуры для снятия вольт-амперных характеристик и для хол-ловских измерений.

Апробация результатов. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях, симпозиумах и школах:

- на 66-й - 70-й научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ «ЛЭТИ»;

- на 68-й - 71-й научно-технических конференциях, посвященных Дню радио, Санкт-Петербург;

- на X Всероссийской научно-технической конференции «Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем», 6-8 июня 2013 г., ЧувГУ им. И. Н. Ульянова, Чебоксары;

- на Девятой российской конференции «Физико-химические проблемы возобновляемой энергетики», Санкт-Петербург, 11-14 ноября 2014 г.;

- на 21-й Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Вакуумная техника и технология - 2014», Санкт-Петербург, 1719 июня 2014 г.;

- на XIV Санкт-Петербургской международной конференции «Региональная информатика 2014», Санкт-Петербург, 29-31 октября 2014 г.;

- на Российской конференции «Физико-химические проблемы возобновляемой энергетики», Санкт-Петербург, 16-18 ноября 2015 г.;

- на Международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники», Санкт-Петербург, 4-7 июля 2016 г.;

- на Российской конференции «Физико-химические проблемы возобновляемой энергетики», Санкт-Петербург, 21-23 ноября 2016 г.

Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 12 статьях и материалах научных конференций школ и семинаров.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, содержащего 126 наименований. Работа изложена на 117 страницах машинописного текста, включая 64 рисунка и 23 таблицы.

Глава 1. ПРОЗРАЧНЫЕ ПРОВОДЯЩИЕ ПЛЕНКИ НА ОСНОВЕ ОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ

XXI век уже становится веком широкого использования солнечной энергии, но история науки и техники бережно сохранит память о пионерах этой области знаний [1]

В России развитие устройств солнечной энергетики началось в 1958 г. и шло по двум направлениям: для космических применений и для наземных применений. Российским специалистам принадлежит ведущая роль в развитии кремниевой технологии солнечных элементов и модулей. Первая в мире солнечная установка для подъёма воды на пастбища была разработана и испытана в пустыне Каракумы (Туркменистан) в 1967 г. В России были разработаны не имеющие аналогов в мире технологии матричных солнечных элементов из кремния с КПД = 24.. .28 % при преобразовании концентрированного излучения, а также новые типы солнечных концентраторов и методы удвоения срока службы солнечных модулей. Кроме того, был разработан суперпроект глобальной солнечной энергосистемы с круглосуточным производством электроэнергии.

Специалисты ФТИ им. А. Ф. Иоффе совместно со специалистами НПО «Квант» первыми в мире разработали и испытали на космических аппаратах двусторонние солнечные батареи, высоковольтные солнечные модули, солнечные батареи из арсенида галлия и рулонные солнечные батареи.

В области теории были предложены новые модели солнечных элементов, определён предельный термодинамический КПД фотоэлектрического преобразования солнечной энергии, исследованы характеристики солнечных элементов в условиях сильного освещения при работе с концентраторами солнечного излучения [2]-[5].

В настоящее время западные фирмы начали производить прозрачные полиамидные пленки, термостабильные вплоть до 450 °С. Такие пленки могут конку-

рировать со стеклянными подложками. На их основе можно формировать эффективные гибкие солнечные элементы на основе теллурида кадмия с высокой удельной мощностью. В связи с этим сопоставительные исследования эффективности, выходных параметров и приведенной мощности тонкопленочных солнечных элементов на основе теллурида кадмия, изготовленных на стеклянных подложках и полиамидных пленках, очень актуальны [6], [7].

Солнечная энергетика - одно из наиболее перспективных направлений развития возобновляемых источников энергии. По оценкам специалистов к 2100 г. солнце станет доминирующим источником энергии на планете (рисунок 1.1). Во многих странах солнечная энергетика получила активную господдержку и стремительно развивается. Опыт этих стран показывает, что при определенных климатических, экономических и политических условиях солнечная энергетика уже сегодня может стать реальным конкурентом традиционной энергетике [8].

?ПЯП ?04П ?n.V) ?Ofin Pf)7ñ ?ПЯГ) ?ПЯО ?1ПО

Рисунок 1.1 - Перспективный мировой энергобаланс [9]

Количество солнечной энергии, поступающей на Землю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и других энергоресурсов, в том числе - возобновляемых. Использование всего лишь 0,0125 % солнечной энергии могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0,5 % полностью покроет потребности в будущем. Потенциал солнечной энергии настолько велик, что той её части, которая поступает на Землю за минуту, достаточно для удовлетворения текущих энергопотребностей человечества в течение года [9].

Основным барьером, препятствующим широкому внедрению солнечных элементов, является высокая стоимость вырабатываемой ими электроэнергии. Чтобы фотовольтаика могла конкурировать с ископаемыми источниками энергии, цена на её электроэнергию должна быть снижена в 5.10 раз.

Перспективным направлением снижения стоимости фотовольтаической электроэнергии является разработка технологии тонкопленочных солнечных элементов на основе аморфного гидрогенизированного и микрокристаллического кремния [10]-[16]. Кроме того, применение тонких пленок оксида цинка вместо дорогостоящих прозрачных электродов на основе 1п203-Бп02 позволит существенно снизить стоимость конечной продукции.

Создание пленок 7п0 с улучшенными электрическими и оптическими свойствами является одной из ключевых задач фотоэлектрических исследований и разработок [10].

1.1. Прозрачные проводящие пленки на основе оксидов металлов

Прозрачные проводящие оксиды (ППО) - это материалы, сочетающие хорошую способность к оптическому пропусканию и высокую электропроводность. Такие свойства реализуются при использовании пленок сильнолегированных широкозонных оксидов (чаще всего оксидов металлов), металлических тонких пленок, пленок легированных органических полимеров или нитридов металлов.

Слои ППО (7пО, БпО2, 1ТО, 1П2О3) широко применяются в «прозрачной» электронике, где они используются для улучшения токосъема, для изменения оптических свойств (например, для согласования коэффициентов преломления), а также для создания диффузионного барьера. Наиболее широко изучаемыми и используемыми в электронике прозрачными проводящими оксида являются оксид олова (БпО2), 1ТО (1П2О3 + БпО2) и оксид цинка (7пО) (таблице 1.1).

Таблица 1.1 - Характеристики ППО

Материал Ширина запрещенной зоны (эВ) Проводимость (См • см-1) Концентрация электронов (см-3) Подвижность (см2В-1с-1)

1п2О3 3,75 10 000 > 1021 35

2пО 3,35 8000 > 1021 20

1ТО (1п2О3 + БпО2) 3,6 5000 > 1020 15

Стоит отметить, что все эти материалы имеют и-тип проводимости и являются сильно вырожденными полупроводниками. Это обусловлено тем, что в них изначально присутствуют вакансии кислорода и междоузельные атомы цинка, а также тем, что энергии активации акцепторов (чаще всего элементов V группы -К, Р, лб, БЬ) велики, а их растворимость мала [17].

Одной из областей широкого применения ППО является фотовольтаика. Тонкие пленки ППО хорошо пропускают в видимом диапазоне спектра, так как ширина их запрещенной зоны обычно составляет -3,2.3,8 эВ, а значит фотоны в таких материалах не поглощаются. Использование ППО в качестве входных окон и тыльных контактов играет важную роль в различных технологиях изготовления солнечных модулей [18]. Несмотря на все достоинства ППО и их широкое использование, нужны новые подходы и методы, обеспечивающие улучшение оптических и электрических параметров тонких пленок ППО. Одним из способов улучшения свойств таких пленок является их обработка после осаждения. Отжиг

в технологии такой обработки может выступать как весьма эффективное средство изменения характеристик прозрачного проводящего покрытия [19]. Определение оптимальных режимов отжига стало ключевой задачей данной работы, так как улучшение параметров пленок оксида цинка ведет, в конечном счете, к увеличению эффективности солнечного элемента. На сегодня разработка ППО с заданными электрическими и оптическими свойствами наряду с оптимизацией текстуры поверхности является наиболее важным вопросом в области тонкопленочных кремниевых солнечных элементов.

Среди ППО наиболее широко распространен оксид цинка. Интерес к нему вызван тем, что его физические свойства стабильны при высоких температурах, он обладает высокой химической устойчивостью, стойкостью к облучению, нетоксичен и «податлив» к химическому травлению. Очень важна его относительная дешевизна. Одной из причин большого коммерческого потенциала ZnO является возможность его получения на больших площадях с приемлемой равномерностью распределения оптических и электрических свойств.

Говоря о применении материала в электронике, необходимо делать акценты на его проводимости, концентрации носителей и их подвижности. ZnO - это кристаллический прямозонный полупроводник и-типа. Ширина его запрещенной зоны при 300 К составляет ~3,3 эВ [20]. Проводимость и прозрачность ZnO можно изменять легированием. Для увеличения проводимости обычно используются материалы III группы (B, Al, Ga, In) [21]-[25].

Благодаря уникальным оптическим, электрическим и пьезоэлектрическим свойствам, ZnO может применяться в газовых сенсорах, устройствах генерации ПАВ, фотонных кристаллах, фотодиодах, а также в качестве детекторного материала для регистрации УФ-излучения (320...400 нм) [26]-[29]. На основе ZnO можно создавать эффективные светодиоды. Текстурированные пленки ZnO можно использовать в качестве высокоэффективных электронных автоэмиттеров. Кроме того, этот материал является перспективным катодолюминофором. Благодаря значительной энергии связи экситонов (~60 мэВ) можно надеяться на достижение эффективной лазерной генерации при комнатной температуре. Следует

ожидать создания эффективных лазерных светодиодов на основе оксида цинка. Именно многообразие возможных применений вызывает все больший интерес к данному материалу.

1.2. Структурные, оптические и электрические свойства

пленок оксида цинка

7пО является широкозонным полупроводником [30]. Его прозрачность для видимого излучения определяется широкой запрещенной зоной (Eg > 3эВ). Как типичный полупроводник этот оксид может быть проводящим за счет собственных дефектов или легирующих примесей.

Оксид цинка встречается в природе в виде минерала (цинкита), обладает амфотерными свойствами, вследствие чего растворяется в кислотах и щелочах и взаимодействует с растворами солей с образованием простых или двойных гид-роксолей. При его сплавлении с основаниями и с большинством оксидов металлов образуются цинкаты.

Плотность 7пО составляет (5,6 ■ 103 ± 0,001) кг/м3, он летуч: Гвозг = 2073 К, но заметная летучесть наблюдается уже при 1173 К.

Элементарная ячейка 7пО состоит из комбинации атомов цинка и кислорода. Атомы кислорода образуют плотнейшую гексагональную упаковку, а атомы цинка расположены в центрах тетраэдров, образованных атомами кислорода [28] (рисунок 1.2).

Оксид цинка относится к классу полупроводников типа АПВ^ и кристаллизуется в решетке типа вюрцита.

Параметры решетки полупроводника зависят от природы вещества; концентрации атомов примеси и отличия их ионных радиусов от радиусов замещенных атомов матрицы; внешних деформаций (например, наведенных подложкой) и температуры. Строгую периодичность решетки нарушают ее несовершенства или дефекты [29].

(0 0 0 1] I

I»

(2 -1 -1 0]

Рисунок 1.2 - Структура ZnO [28]

В реальном кристалле 7пО структура типа вюрцит отклоняется от идеальной из-за нестабильности решетки и ее ионизации.

Точечные дефекты (междоузельные атомы цинка, кислородные вакансии) и протяженные дефекты (комплексы дислокаций) также увеличивают постоянную решетки кристаллического 7пО [30].

Учитывая, что 7пО - полупроводник, перспективный для изготовления электронных устройств, понимание его зонной структуры очень важно для объяснения электрических свойств и других явлений.

Требования к пленкам оксида цинка в солнечной энергетике

Электрические свойства определяются концентрацией носителей пе [1/см3] и

их подвижностью ц [см2/(В ■ с)], которые определяют удельную проводимость: а = цпее, где е - заряд электрона [Кл]. Удельное сопротивление определяется по формуле: р = 1/ а [Ом • см]. Поверхностное сопротивление [Ом] тонких пленок рассчитывается по формуле = р/й, где р - удельное сопротивление; й - толщина тонкой пленки. Для рассматриваемых применений должно быть мало. Для этого

проводится легирование и формируются пленки толщиной более 1 мкм. Интересные результаты получены при построении зависимости электрофизических параметров пленок от размера зерна (рисунок 1.3). Это является доказательством значительного влияния характеристик кристаллической структуры (размера зерна, напряжений, дефектов) на электрофизические свойства пленок оксида цинка. Подобные зависимости обнаружены для 7пО-, Бп02- и 1ТО-пленок [31]—[33].

Размер зерна, нм

Рисунок 1.3 - Зависимость концентрации носителей заряда (М) и холовской подвижности (ц) от размера зерна пленок 2п0:Л1 [34]

Оптическое пропускание легированных пленок 7п0 в зависимости от длины волны разделяют на три основных участка: участок поглощения в коротковолновой области (Ерь < Е^, где Ерь - энергия фотона, Eg - ширина запрещенной зоны пленки 7п0), участок пропускания в видимой области и участок отражения в длинноволновой области (ИК-область). На рисунке 1.4 представлен спектр пропускания пленки 7п0 толщиной 1,3 мкм, легированной бором.

о.

С

20 -

0 ___1_I___I_._I_._I_._I___I_._I_

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100

Длина волны, нм

Рисунок 1.4 - Спектр пропускания тонкой пленки 2пО:Б

Наблюдается высокая степень пропускания в видимой области, что и позволяет использовать 7пО в «прозрачной» электронике. Для применения в тонкопленочной солнечной фотовольтаике слои ППО должны иметь высокую прозрачность при шероховатости поверхности более 50 нм, что сможет обеспечить степень рассеяния света более 20 % и приведет к увеличению оптического пути солнечного света в фотоактивной структуре. А это в свою очередь будет способствовать более эффективному преобразованию солнечной энергии в электрическую за счет увеличения тока короткого замыкания.

Диффузное рассеивание. На рисунке 1.5 представлены спектры полного и диффузного пропускания. Диффузное пропускание возникает в связи с характерными структурными особенностями проводящих прозрачных слоев 7пО:Б, полученных методом химического осаждения из металлорганических соединений. Данная структура способствует рессеянию света после его прохождения через ППО, что увеличивает длину оптического пути солнечного света (рисунок 1.6), т. е. в структуре происходит рассеяние.

Рисунок 1.5 - Спектры пропускания проводящих прозрачных слоев 2п03, полученных методом химического осаждения из металлорганических соединений [60]

•-«1 цт

Рисунок 1.6 - Роль диффузного рассеивания в тонкопленочном солнечном элементе [34]

Степень рассеяния рассчитывается по формуле:

Haze = ^диФФ . ioo%,

полн

где Haze - степень рассеяния; Тдифф - диффузное пропускание; Тполн пропускание.

- полное

Диффузное рассеяние текстурированных структур является объектом исследований многих специалистов в области тонкопленочной фотовольтаики. Использование структур с развитой шероховатой поверхностью позволяет снизить толшину фотоактивных поглощающих слоев, так как такая структура увеличивает длину эффективного пути света. Снижение толщины аморфных кремниевых слоев позволяет снизить не только расход материала, но и деградацию. Для обеспечения эффективного диффузного рассеяния света в структурах тонкопленочных аморфных кремниевых солнечных элементов среднеквадратичная шероховатость должна составлять -50. 90 нм, а размер зерен -300. 500 нм.

Для тонкопленочных микрокристаллических элементов эффективное диффузное рассеяние света необходимо в диапазоне длин волн 800.1100 нм (так как значение ширины запрещенной зоны микрокристаллического кремния меньше, чем для аморфного). Исследования показывают, что наилучшее диффузное рассеяние достигается при размере зерен 1000.1400 нм. При этом следует отметить, что высокая среднеквадратичная шероховатость не должна превышать 100 нм и может привести скорее к негативным последствиям, чем к улучшению диффузного светорассеяния. Это связано с возможностью образования микротрещин при росте микрокристаллического кремния, что, в свою очередь, может вызвать шунтирование, а следовательно - снижение эффективности преобразования энергии. В случае микроморфных ФЭП необходимо оптимизировать структуру для обеспечения рассеяния в разных диапазонах длин волн (в аморфном и в микрокристаллическом каскадах), учитывая, что рост качественного слоя микрокристаллического кремния возможен только при минимизации количества выступов рельефа поверхности пирамидальной формы. Одним из способов достижения диффузного рассеяния света в широком спектральном диапазоне в одной структуре может стать применение 7пО-слоя в качестве фронтального контакта, рассеивающего в диапазоне длин волн 350.800 нм, и в качестве тыльного контакта, рассеивающего в диапазоне длин волн 800.1100 нм [35].

Для неравномерно распределенных структур с размером характерных особенностей меньше длины волны скалярное рассеяние характеризуется формулой:

Нт = 1 - ехр

2лстС(«о соб 9о - «1 СОБ 01)

где а - среднеквадратичная шероховатость; X - длина волны; 0о и 01 - углы, задающие направления падающего и рассеянного излучения соответственно; «1 и «2 - соответствующие коэффициенты преломления [36].

От степени рассеяния света фронтальным контактом и/или тыльным отражателем сильно зависит эффективность фотоэлемента. 7пО как материал, активно используемый для формирования фронтальных и тыльных контактов фотоэлементов, сочетает в себе высокую проводимость и способность просветлять. Для морфологии поверхности данного материала характерна У-образная шероховатость, которая сильно рассеивает свет тех длин волн, на которых происходит поглощение у аморфного и микрокристаллического кремния (400... 1000 нм). С другой стороны, такая шероховатость вызывает появление микротрещин в осаждаемых слоях кремния, что приводит к образованию шунтов и ухудшению выходных характеристик солнечных батарей.

Таким образом, необходимо найти оптимальный уровень шероховатости, который позволял бы хорошо рассеивать падающий свет и осаждать далее слои кремния заданного качества. Постростовая плазменная обработка плёнок оксида цинка приводит к уменьшению и изменению типа шероховатости с У-образной на и-образную (более сглаженную). Такая обработка приводит к улучшению структуры осаждаемых слоев кремния, а также к увеличению ихх и ЕЕ, а значит и эффективности фотопреобразования солнечной батареи. Одним из недостатков данного метода является необходимость длительной плазменной обработки для получения требуемой морфологии поверхности (~40 мин).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кашкул Имад Нсаиф Кашкул, 2017 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ

1. Стребков Д.С. История развития солнечной фотоэлектрической энергетики в России / Д. С. Стребков // С.О.К. Сантехника. Отопление. Кондиционирование. - 2015. - № 8. - С. 88-95.

2. Поулек, В. Фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии. Теория и практика использования солнечной энергии / В. Поулек и др. - М.; Прага: Изд-во ГНУ ВИЭСХ, 2013. - 324 с.

3. Виссарионов, В. И. Солнечная энергетика: учебное пособие / В. И. Виссарионов и др. - М.: Изд-во МЭИ, 2008. - 276 с.

4. Стребков, Д. С. Матричные солнечные элементы В 3-х томах./ Д. С. Стребков. - 2-е изд. - М.: Изд-во ГНУ ВИЭСХ, 2010. - том 3 - 312 с.

5. Лучинин, В. В. Нанотехнология: физика, процессы, диагностика, приборы / под ред. В. В. Лучинина, Ю. М. Таирова. - М: Физматлит, 2006. - 552 с.

6. Афанасьев, В. П. Рекуперация энергии из эфира / В. П. Афанасьев и др. // Нано- и микросистемная техника. - 2013. - № 12 (161). - С. 47-52.

7. Huisheng Peng. Fiber-Shaped Energy Harvesting and Storage Devices. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2015.

8. Шуткин, О. И. Солнечная энергетика: перспективы в мире и состояние в России / О. И. Шуткин // ЭСКО. - 2012. - № 1.

9. Шуткин, О. И. Перспективы солнечной энергетики в России [Электронный ресурс] / О. И. Шуткин // Ассоциация солнечной энергетики России. - Режим доступа: http://pvrussia.ru/?p=723.

10. Афанасьев, В. П. Тонкопленочные солнечные элементы на основе кремния / В. П. Афанасьев, Е. И. Теруков, А. А. Шерченков. - 2-е изд. - СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011. - 168 с.

11. Бобков, А. А. Наноструктурированные материалы на основе оксида цинка для гетероструктурных солнечных элементов / А. А. Бобков и др. // ФТП. -2015. - Т. 49, № 10. - С. 1402-1406.

12. Лашкова, Н. А. Синтез наноструктур на основе оксида цинка для создания гетероструктурных фотовольтаических элементов / Н. А. Лашкова и др. // ФТП. - 2016. - Т. 50, № 9. - С. 1276-1282.

13. Афанасьев, В. П. Синтез гетероструктур ZnO-CuO методом спрей-пиролиза для создания фотовольтаических элементов / В. П. Афанасьев и др. // Наноструктурированные материалы и преобразовательные устройства для солнечной энергетики: сб. науч. тр. III Всерос. науч. конф. министерства образования и науки РФ. - Чебоксары: Изд-во ФГБОУ ВПО «Чувашский государственный университет им. И. Н. Ульянова». - 2015. - С. 22-26.

14. Максимов, А. И. Получение и диагностика массивов кристаллических наностержней оксида цинка для устройств солнечной энергетики нового поколения / А. И. Максимов и др. // Диагностика наноматериалов и наноструктур: сб. тр. VII Всерос. школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых по направлению. - 2014. - С. 143-145.

15. Pronin, I. A. Theoretical and experimental investigations of ethanol vapour sensitive properties of junctions composed from produced by sol-gel technology pure and fe modified nanostructured zno thin films / I. A. Pronin, I. A. Averin, N. D. Ya-kushova et al. // Sensors and Actuators A: Physical. - 2014. - Vol. 206. - Р. 88-96.

16. Normann, H. B. A Fourier transform infrared absorption study of hydrogen and deuterium in hydrothermal ZnO / H. B. Normann. - 2008. Centre for materials science and nanotechnology department of physics university of Oslo- Магистерская диссертация.

17. Семикина, Т. В. Оксидная электроника как одно из направлений прозрачной электроники / Т. В. Семикина // Электроника и связь. - 2010. - № 3. Тематический выпуск «Электроника и нанотехнологии». - С. 20-28.

18. Maksimov, O. Recent advances and novel approaches ppf p-type doping of zinc oxide / O. Maksimov // Rev. Adv. Mater. Sci. - 2010. - Vol. 24. - Р. 26-34.

19. Fortunato, E. Transparent Conducting Oxides for Photovoltaics / E. Fortunato et al. // MRS Bulletin. - 2007. - Vol. 32. P. 242-247.

20. Koshino, H. Rapid thermal annealing of sputter-deposited ZnO:Al filmsfor microcrystalline Si thin-film solar cells / H. Koshino, Z. Tang, S. Sato et al. // EPJ Pho-tovoltaics. - 2012. - Vol. 3. - Р. 35001.

21. Бобков, А. А. Получение гетероструктурных оксидных композиций для перспективных солнечных элементов нового поколения / А. А. Бобков и др. // ФТП. - 2017. - Т. 51, вып. 1. - С. 63-67.

22. Крастева, Л. К. Синтез и характеризация наноструктурированных слоев оксида цинка для сенсорики / Л. К. Крастева и др. // ФТП. - 2013. - Т. 47, № 4. -С. 564-569.

23. Пронин, И. А. Взаимосвязь фотокаталитических и фотолюминесцентных свойств оксида цинка, легированного медью и марганцем / И. А. Пронин и др. // ФТП. - 2014. - Т. 48, № 7. - С. 868-874.

24. Ozgur, U. A comprehensive review of ZnO materials and devices / U. Ozgur, Ya. I. Alivov, C. Liu et al. // J. of Appl. Phys. - 2005. - Р. 041301.

25. Kaneva, N. Surface and photocatalytic properties of nanostructured zno thin films doped with iron / N. Kaneva, L. Krasteva, D. Dimitrov et al. // Bulgarian Chemical Communications. - 2013. - Vol. 45, № 4. - Р. 635-643.

26. Janotti, A. Fundamentals of zinc oxide as a Semiconductor / A. Janotti, C. Van de Walle // Rep. Prog. Phys. - 2009. - Vol. 72. - Р. 126501.

27. Takahashi, K. Wide Bandgap Semiconductors. Fundamental Properties and ModernPhotonic and Electronic Devices / K. Takahashi, A. Yoshikawa, A. Sandhu. -Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007. - 460 p.

28. Аверин, И. А. Корреляционные зависимости в инфракрасных спектрах наноструктур на основе смешанных оксидов / И. А. Аверин и др. // Физика твердого тела. - 2015. - Т. 57, № 12. - С. 2304-2312.

29. Ginley, D. S. Handbook of TransparentConductors / D. S. Ginley. Springer Science^Business Media, LLC, 2010. - 533 p.

30. Александрова, О. А. Халькогениды и оксиды элементов IV группы. Получение, исследование, применение / О. А. Александрова и др.; под ред. В. А. Мош-никова. - СПб.: Технолит, 2008. - 240 с.

31. Jin, Z-C. Optical properties of sputter-deposited ZnO:Al thin films / Z-C. Jin, I. Hamberg, C. G. Granqvist // J. Appl. Phys. - 1988. - Vol. 64. - Р. 5117-5131.

32. Stjerna, B. Optical and electrical properties of SnOx thin films made by reactive r.f. magnetron sputtering / B. Stjerna, C. G. Granqvist // Thin Solid Films. - 1990. -Vol. 193/194. - Р. 704-711.

33. Tominaga, K. ITO films prepared by facing target sputtering system / K. To-minaga, T. Ueda, T. Ao et al. // Thin Solid Films. - 1996. - Vol. 281/282. - Р. 194-197.

34. Ellmer, K. Influence of discharge parameters on the layer properties of reactive magnetron sputtered ZnO:Al films / K. Ellmer, F. Kudella, R. Mientus et al. // Thin Solid Films. - 1994. - Vol. 247. - Р. 15-23.

35. Aхманов, С. А. Воздействие мощного лазерного излучения на поверхность полупроводников и металлов / С. А. Aхманов и др. // УФН. - 1985. - Т. 147. - С. 675-745.

36. Python, M. Microcrystalline silicon solar cells: effect of substrate temperature on cracks and their role in post-oxidation / M. Python, D. Domine, T. Soderstrom et al. // Prog. Photovolt: Res. Appl. - 2010. - Vol. 18. - P. 491-499.

37. Steinhauser, J. Low pressure chemical vapor deposited zinc oxide for silicon thin film solar cells optical and electrical properties: Ph.D. Thesis / J. Steinhauser // Universite' de Neuch~atel. - Neuch~atel, 2008. - 165 p.

38. Работкин, С. В. Нанесение прозрачных проводящих покрытий на основе оксида цинка методом магнетронного распыления: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Томск, 2009. - 17 с.

39. Максимов, А. И. Основы золь-гель-технологии нанокомпозитов / А. И. Максимов и др. - 2-е изд. - СПб.: ООО «Техномаш», Изд-во Элмор, 2008. - 255 с.

40. Мошников, В. А. Золь-гель технология микро- и нанокомпозитов / В. А. Мошников и др. - СПб.: Лань, 2013. - 304 с.

41. Ramanathan, S. Thin Film Metal-Oxides Fundamentals and Applications in Electronics and Energy / S. Ramanathan. - Springer Science + Business Media, LLC, 2010. - 337 p.

42. Becker, J. Atomic layer deposition of metal oxide and nitride thin films: Thesis (Ph. D.) / Becker, J. Svenja // Harvard University. - Harvard, 2003.

43. Nicolay, S. Control of LPCVD ZnO growth modes for improved light trapping in thin film silicon solar cells / S. Nicolay, M. Despeisse, F.-J. Haug, C. Ballif // Solar Energy Materials & Solar Cells. - 2011. - Vol. 95. - Р. 1031-1034.

44. Donald, L. Smith Thin-film deposition. Principle and practice / L. Donald. -McGraw-Hill, Inc., 1995. - 616 p.

45. Сыркин, В. Г. CVD-метод. Химическое парофазное осаждение / В. Г. Сыр-кин. - М.: Наука, 2000. - 496 с.

46. Шаповалов, В. И. Пленочные структуры оксидов переходных металлов: технология, контроль, оборудование / В. И. Шаповалов. - СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2008. - 211 с.

47. Surmenev, R. A review of plasma-assisted methods for calcium phosphate-based coatings fabrication / R. Surmenev // Surface and Coatings Technology. - 2012. -Vol. 206 (8). - Р. 2035-2056.

48. Гусев, Е. Ю. Исследование режимов нанесения нанокристаллических пленок оксида цинка методом высокочастотного реактивного магнетронного распыления / Е. Ю. Гусев и др. // Фундаментальные исследования. - 2012. - № 11. -Ч. 2. - С. 389-391.

49. Nomoto, J. Preparation of Al-doped ZnO transparent electrodes suitable for thin-film solar cellapplications by various types of magnetron sputtering depositions / J. Nomoto, Hirano T., Miyata T., Minami T. // Thin Solid Films. - 2011. - Vol. 520. -Р. 1400-1406.

50. Д. А. Кудряшов, Д. А. Минаков, А. С. Гудовских. Разработка технологии формирования просветляющих покрытий для фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии методом ВЧ магнетронного распыления // Конференция по физике и астрономии для молодых ученых Санкт-Петербурга и Северо-Запада. Санкт-Петербург, 26-27 октября 2011 года. - С. 136-138.

51. Сайт Академического университета [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http: //renelab. ru/equipment.

52. Никитин, М. М. Технология и оборудование вакуумного напыления / М. М. Никитин. - М.: Металлургия, 1992. - 112 с.

53. Hagiwara, Y. Improved Je in CIGS thin film solar cells using a transparent conducting ZnO:B window layer / Y. Hagiwara, T. Nakada, A. Kunioka // Solar Energy Materials & Solar Cells 67. - 2001. - Р. 267-271.

54. Верменичев, Б. М. Электрофизические свойтсва гетероструктур n-ZnO/ p-CuO:ZnO / Б. М. Верменичев и др. // Вестн. КазНТУ. - 2006. - № 6. - С. 126-128.

55. Chen, L. C. P-ZnO/n-Si photodiodes prepared by ultrasonic spray pyrolysis method / L. C. Chen, C. N. Pan // The Open Crystallography J. - 2008. - Vol. 1. -Р. 10-13.

56. Minami, T. Group III Impurity Doped Zinc Oxide Thin Films Prepared by RF Magnetron Sputtering / T. Minami, H. Sato, H. Nanto, S. Takata // Japan. J. of Appl. Phys. - 1985. - № 24. - Р. 781.

57. Wagner, J. F. Transparent electronics / J. F. Wagner, D. A. Keszler, R. E. Presley. - Springer Science+Business Media, LLC. - 2008. - 217 p.

58. Афанасьев, В. П. Гетероструктурные солнечные элементы на основе пленок оксидов меди / В. П. Афанасьев, Е. И. Теруков, В. И. Шаповалов // Вакуумная техника и технология. - 2015. - Т. 25, № 2. - С. 164-166.

59. Olsen, L. C. Explanation for low-efficiency Cu2O Schottky-barrier solar cells / L. C. Olsen, R. C. Bohara, M. W. Urie // Appl. Phys. Lett. - 1979. - Vol. 34. - Р. 47-50.

60. Herion, J. Investigation of metal oxide/cuprous oxide heterojunction solar cells / J. Herion, E. A. Niekisch, G. Schari // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. - 1980. -Vol. 4. - Р. 101-112.

61. Mittiga, A. Heterojunction solar cell with 2 % efficiency based on a Cu2O substrate / A. Mittiga, E. Salsa, F. Sarto et al. // Appl. Phys. Lett. - 2006. - Vol. 88. -P. 163502-163503.

62. Izaki, M. Photochemical construction of photovoltaic device composed of p-copper(I) and n-zinc oxide / M. Izaki, K. Mizuno, T. Shinagawa et al. // J. Electrochem. Soc. - 2006. - Vol. 153. - Р. C668-C672.

63. Vinodkumar, R. Effect of ITO buffer layers on the structural, optical and electrical properties of ZnO multilayer thin films prepared by pulsed laser deposition technique / R. Vinodkumar, K. J. Letthy, D. Beena et al. // Sol. Energy. Mater. Sol. Cells. -2010. - Vol. 94. - Р. 68-74.

64. Слободчиков . С.В., Салихов Х.М., Руссу Е.В. Об электрических и фотоэлектрических характеристиках изотипной гетероструктуры n-ZnO-n-Si // ФТП.

- 1999. - № 33 (4). - С. 435-437.

65. Пешкова, Т. В. Структуры из нанопроводов с переходами Zn-ZnO : СиО для детектирования паров этанола / Т. В. Пешкова и др. // ЖТФ. - 2014. - Т. 84, № 5. - С. 143-148.

66. Карпова, С. С. Функциональный состав поверхности и сенсорные свойства ZnO, Fe2O3 и ZnFe2O4 / С. С. Карпова и др. // ФТП. - 2013. - Т. 47, № 3. -С. 369-372.

67. Лисицкий, О. Л. Поликристаллический тонкопленочный гетеропереход w-ZnO/p-CuO / О. Л. Лисицкий и др. // Физика и техника полупроводников. - 2009.

- Т. 43, вып. 6. - С. 794-796.

68. Kodas, T. The chemistry of metal CVD / T. Kodas, M. Hampden-Smith; ed. by T. Kodas and M. Hampden-Smith. - Leinheim; New York; Basel; Cambridge; Tokyo: VCH, 1994. 530 р.

69. Plahaut, E. Gram-Scale CCVD sy nthesis of Double-Walled Carbon Nano-tubes / E. Plahaut, R. Bacsa, A. Peigney, С. Laurent // Chem. Communications. - 2003.

- Vol. 12. - Р. 442-1443.

70. Ye, J. Comparative study of diethylzinc and dimethylzinc for thegrowth of ZnO / J. Ye, S. Gu, S. Zhu et al. // J. of Crystal Growth. - 2005. - Vol. 274. - Р. 489-494.

71. Сайт ООО «НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ им. А.Ф. Иоффе» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.tf-tc.ru.

72. Афанасьев, В. П. Прозрачные проводящие пленки оксида цинка для тонкопленочных солнечных модулей на основе гидрогенизированного кремния / В. П. Афанасьев, И. Н. Кашкул, Е. Е. Терукова // 66-я Науч.-техн. конф. проф.-преподав. состава университета: сб. докл. студентов, аспирантов и молодых уче-

ных, Санкт-Петербург, 1-8 февраля 2013 г. - СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ»,

2013. - С. 84-87.

73. Кашкул, И. Н. Получение и исследование тонких пленок оксида цинка для солнечных элементов на основе различных материалов / И. Н. Кашкул // Региональная информатика «РИ-2014»: сб. докл. XIV Санкт-Петербургской междунар. конф., Санкт-Петербург, 29-31 октября 2014 г. - СПб.: Изд-во СПОИСУ, 2014. -С. 426-427.

74. Уханов, Ю. И.Оптические свойства полупроводников / Ю. И. Уханов; Ред. В. М. Тучкевич. - М. : Наука, 1977. - 368 с.

75. Goyal, D. J. Development of conductive and transparent ZnO films by spray pyrolysis / D. J. Goyal, C. Agashe, M. G. Takwale et al. // J. Materials Scienc. - 1992. -Vol. 27. - Р. 4705-4711.

76. Ellmer, K. Magnetron Sputtering of Transparent Conductive Zinc Oxide: Relation Between the Sputtering Parameters and the Electronic Properties / K. Ellmer // J. Phys. D Appl. Phys. - 2000. - Vol. 33. - Р. R17-R32.

77. Sylvie, F. Opto-electronic properties of rough LP-CVD ZnO:B for use as TCO in thin-film silicon solar cells / F. Sylvie, J. Steinhauser, N. Oliveira et al. // Thin Solid Films. - 2007. - Vol. 515, iss. 24. - P. 8558-8561.

78. Pogrebnjak, A. D. Effects deposition time and substrate temperature on optical properties of ZnO thin film prepared by (CVD) / A. D. Pogrebnjak, G. A. K. M. Mohammed // Materials of Teachers, PhD students, Associates and students Conf. faculty of electronics and information technologies. - Sumy State University, 21-24 April, 2011. - P. 27.

79. Umar, A. Catalyst-free large-quantity synthesis of ZnO nanorods by a vapor-solid growth mechanism: Structural and optical properties / A. Umar, S. H. Kim, Y. S. Lee et al. // J. Cryst. Growth. - 2005. - Vol. 282. - Р. 131-136.

80. Damen, T. C. Raman Effect in Zinc Oxide / T. C. Damen, S. P. S. Porto, B. Tell // Phys. Rev. - 1966. Vol. 142. - Р. 570.

81. Стрельчук, В.В. Структурные и оптические свойства пгенок ZnO, полученных безвакуумным химическим методом / В. В. Стрельчук и др. // ФТП. -

2014. - Т. 48, вып. 9. - С. 1176.

82. Harima, H. J. Properties of GaN and related compounds studied by means of Raman scattering / H. J. Harima // Phys.: Condens. Matter. - 2002. - Vol. 14. -Р. R967-993.

83. Fay, S. Polycrystalline ZnO: B grown by LPCVD as TCO for thin film silicon solar cells / S. Fay et al. // Thin Solid Films. - 2010. - Vol. 518. - Р. 2961-2966.

84. Kurdzesau, F. V. Preparation of ZnO:B films with different optical haze and their influence on a:Si:H/^c-Si:H layers formation and light trapping in thin film silicon solar cells Oerlikon Solar Ltd, Trubbach / F. V. Kurdzesau // ПФМТ - 2011. - №. 4(9). - с. 45-50

85. Steinhauser, J. Effect of rough ZnO layers in improving performances of mi-crocrystalline silicon solar cells / J. Steinhauser et al // Proc. 20th European PVSEC. -2005. - Р. 1608-1611.

986. Sritharathikhun, J. Effect of ZnO:B Growth Temperature Deposited by MOCVD Technique on Film Properties and Thin Film Silicon Solar Cells Performance / J. Sritharathikhun, P. Krudtad, S. Songtrai et al. // 25th EU PVSEC Proc. - 2010. -Р. 3006-3008.

87. Maejima, K. Influences of deposition temperature on characteristics of B-doped zno films deposited by metal-organic chemical vapor deposition / K. Maejima et al. // Thin Solid Films. - 2013. - Vol. 559. - Р. 83-87.

88. Beyer, W. Annealing effects in LPCVD grown zinc oxide films / W. Beyer, F. Hamelmann, D. Knipp // 25th EU PVSEC Proc. - 2010. - Р. 3094-3098.

89. Афанасьев, В. П. Модифицирование свойств тонких пленок оксида цинка методом термического и лазерного отжига / В. П. Афанасьев, И. Н. Кашкул // 68-я Науч.-техн. конф., посвященная Дню радио: тр. конф. - СПб., 2013. -С. 295-296.

90. Кашкул, И. Н. Исследование тонких пленок оксида цинка разной толщины / И. Н. Кашкул, В. П. Афанасьев // 69-я Науч.-техн. конф., посвященная Дню радио: тр. конф. - СПб., 2014. - С. 343-344.

91. Xu, Z. Ultraviolet photoconductive detector based on Al doped ZnO films preparedby sol-gel method / Z. Xu, H. Deng, J. Xie et al. // J. Appl. Surf. Scien. - 2006.

- Vol. 253. - Р. 476-479.

92. Кривченко, В. А. Исследование поликристаллических алмазных пленок, легированных бором, методами спектроскопии рамановского рассеивания и спектроскопии оптического поглощения / В. А. Кривченко и др. // Журн. техн. физики.

- 2007. - Т. 77, вып. 11. - С. 83-87.

93. Шаповалов В. И., Комлев А.Е., Комлев А.А., Морозова А.А., Лапшин А.Е. Метод определения ширины энергетической щели пленок оксидов // ФХС, 2013. - Т. 39. - № 6. - С. 77-81.

94. Зи, С. Физика полупроводниковых приборов / С. Зи. - Кн. 2. - М.: Мир, 1984. - 456 c.

95. Pogrebnjak, A. D. Effect deposition time and substrate temperature on optical properties of ZnO thin film / A. D. Pogrebnjak, N. Y. Jameel, G. A-K. M. Mommed // PSE. - 2011. - Vol. 1, № 9. - P. 4-7.

96. Афанасьев, В. П. Прозрачные проводящие пленки оксида цинка для тонкопленочных солнечных модулей на основе гидрогенизированного кремния / В. П. Афанасьев, И. Н. Кашкул, Е. Е. Терукова // 66-я Науч.-техн. конф. проф.-преподав. состава ун-та: сб. докл. студентов, аспирантов и молодых ученых, Санкт-Петербург, 1-8 февраля 2013 г. - СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013. - С. 84-87.

97. Кашкул, И. Н. Получение и модифицирование свойств тонких пленок оксида цинка методом термического отжига / И. Н. Кашкул и др. // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: материалы X Всерос. науч.-техн. конф. - Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2013. - С. 269-270.

98. Малышева, Н. А. Технология производства микроэлектронных устройств / Н. А. Малышева. - М.: Высш. шк., 1991. - 343 с.

99. Панфилова, Ю. В. Энциклопедия машиностроения: в 8 т. / Ю. В. Панфилова; под ред. Ю. В. Панфилова. - М.: Машиностроение, 2000. - 8 т: «Технологии, оборудование и системы управления в электронном машиностроении».

100. Химические способы очистки поверхностей полупроводниковых пластин 1 [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа: http: //works.tarefer.ru/94/100272/ index.html.

101. Блохин, В. Г. Технологии производства микроэлектронной аппаратуры: лекции / В. Г. Блохин. - М.: РГТУ-МАТИ им. К. Э. Циолковского, 2004-2005.

102. Ахманов, С. А. Воздействие мощного лазерного излучения на поверхность полупроводников и металлов / С. А. Ахманов и др. // УФН. - 1985. - Т. 147.

- С. 675.

103. Афанасьев, В. П. Модифицирование свойств тонких пленок оксида цинка методом термического и лазерного отжига / В. П. Афанасьев, И. Н. Кашкул // 68-я Науч.-техн. конф., посвященная Дню радио, 18-26 апреля 2013 г.: тр. конф.

- СПб., 2013. - С. 295-296.

104. Рефераты, дипломы, курсовые [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа: http://works.tarefer.ru/89/100352/index.htm.

105. КФТТ [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа: http://dssp.petrsu.ru/~KOF/OLD/phys/spesh/vlsi/mlepit_a.html.

106. Lee, Y. S. Hall mobility of cuprous oxide thin films deposited by reactive direct-current magnetron sputtering / Y. S. Lee, M. T. Winkler, S. Ch. Siah et al. // Appl. Phys. Lett. - 2011. - Vol. 98. - P. 192115.

107. Афанасьев, В. П. Особенности формирования тонкопленочных гетеро-структур на основе оксидов меди и цинка методом магнетронного распыления / В. П. Афанасьев, И. Н. Кашкул, С. Е. Кумеков и др. // Аморфные и микрокристаллические полупроводники: тр. конф., Санкт-Петербург, 4-7 июля 2016 г. -СПб., 2016. С. 374-375.

108. Brown, A. S. Detailed Balance Limit for the Series Constrained Two Terminal Tandem Solar Cell / A. S. Brown, M. A. Green // Phys. E. - 2002. -Vol. 14. - Р. 96-100.

109. Rakhshani, A. E. Preparation, Characteristics and Photovoltaic Properties of Cuprous Oxide :A Review / A. E. Rakhshani // Solid-State Electron. - 1986. - Vol. 29.

- Р. 7-17.

110. Шутова, E. C. Синтез пленок Си20 методом реактивного магнетронно-го распыления / E. C. Шутова и др. // Пленки и покрытия 2015: тр. 12-й междунар. конф. - СПб: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2015. - С. 157-159.

111. Белоусов, В. В. Высокотемпературное окисление меди / В. В. Белоусов, А. А. Климашин // Успехи химии. - 2013. - Т. 82, № 3. - С. 273-288.

112. Лисицкий, О. Л. Поликристаллический тонкопленочный гетеропереход n-ZnO/p-CuO / О. Л. Лисицкий, М. Е. Кумеков, С. Е. Кумеков, Е. И. Теруков // ФТП. - 2009. - Т. 43, вып. 6. - С. 794-796.

113. Omayio, E. O. Current-voltage characteristics of p-CuO/n-ZnO:Sn Solar cell / E. O. Omayio, P. M. Karimi, W. K. Njoroge, F. K. Mugwanga // Int. J. Thin Film Sci. Tec. - 2013. - Vol. 2, № 1. - P. 25-28.

114. Афанасьев, В. П. Влияние термообработки на структуру и состав поверхности медных подложек / В. П. Афанасьев, А. А. Петров, Л. Г. Алексеева // ФХС. - 2014. - Т. 40, № 1. - С. 164-167.

115. Pierson, J. F.. Reactive magnetron sputtering of copper, silver, and gold / J. F. Pierson et al. // Thin Solid Films. - 2005. Vol. 478. - Р. 196-205.

116. Fujimoto, K. Fabrication and characterization of copper oxide-zinc oxide solar cells prepared by electrodeposition / K. Fujimoto, T. Oku, T. Akiyama, A. Suzuki // J. of Phys.: Conf. Ser. - 2013. - Vol. 433. - P. 012024.

117. Афанасьев, В. П. Получение пленок оксидов цинка и меди для гетеро-структурных солнечных элементов / В. П. Афанасьев, И. Н. Кашкул, С. Е. Кумеков и др. // Физико-химические проблемы возобновляемой энергетики: сб. тр. конф., Санкт-Петербург, 16-18 ноября 2015 г. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2015. -С. 210-211.

118. Mugwang'a, F. K. Optical characterization of Copper Oxide thin films prepared by reactive dc magnetron sputtering for solar cell applications / F. K. Mugwang'a et al. // Thin Film Sci. Tec. - 2013. - Vol. 2. - Р. 15-24.

119. Афанасьев, В. П. Исследовани плёнок оксидов меди, полученных методом реактивного магнетронного распыления с разным составом газовой смеси аргон кислород / В. П. Афанасьев и др. // Физико-химические проблемы возобнов-

ляемой энергетики: сб. тр. конф., Санкт-Петербург, 1б-18 ноября 2015 г. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2015. - С. 21б-217.

120. Meyer, B. K. Binarycopper oxide semiconductor:from materials towards devices / B. K. Meyer, A. Polity, D. Reppin et al. // Phys. Stat. Solid. B. - 2012. - Vol. 249. - Р. 1-23.

121. Chou, M. H. Confocal Raman spectroscopic mapping studies on a single CuO nanowire / M. H. Chou, S. B. Liu, C. Y. Huag et al. // Appl. Surf. Sci. - 2008. -Vol. 254. - Р. 7539-7543.

122. Иванов, Ю. А. Влияние методов и режимов осаждения тонких пленок CuO при формировании оксидных гетероструктур ZnO/CuO на сопротивление пленок оксида цинка / Ю. А. Иванов, И. Н. Кашкул, А. А. Лыткин // 71-я Науч.-техн. конф., посвященная Дню радио: тр. конф. - СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2016. - С. 373-374.

123. Афанасьев, В. П. Особенности формирования тонкопленочных гетеро-структур на основе оксидов меди и цинка методом магнетронного распыления / В. П. Афанасьев, И. Н. Кашкул, С. E. Кумеков и др. // Аморфные и микрокристаллические полупроводники, Санкт-Петербург, 4-7 июля 2016 г.: тр. конф. -СПб.: ИЗД-ВО РГПУ, 201б. - С. 374-375.

125. Кашкул, И. Н. Анализ методов получения оксидных гетероструктур Zn0/Cu20(Cu0) для фотовольтаических применений / И. Н. Кашкул // Физико-химические проблемы возобновляемой энергетики, Санкт-Петербург, 21-23 ноября 2016 г.: тр. конф. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2016. - С. 192-193.

126. Кудряшов, Д. А. Особенности спектральных и вольт-амперных характеристик солнечных элементов на основе ZnO/Cu2O гетероструктуры / Д. А. Куд-ряшов, А. С. Гудовских, В. П. Афанасьев, E. И. Теруков // Наноструктурированые материалы и преобразовательные устройства для солнечной энергетики, Чебоксары, 29-30 сентября 2016 г.: тр. конф. - Чебоксары: ИЗД-ВО ЧувГУ, 201б. - С. 8 -13.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

ц - подвижность носителей заряда

р - удельное сопротивление

а - проводимость

Eg - ширина запрещенной зоны

N - концентрация носителей заряда

J<3 - плотность тока разряда

Фю / S - поток на единицу площади

Jf - полная плотность фототока

Ln - диффузионная длина

D - эффективный коэффициент диффузии

I (ю) - спектр солнечного изучении

t - время

J^ - плотность тока короткого замыкания

Цхх - напряжение холостого хода

Ртах - полезно использованная мощность

FF - коэффициент заполнения

Vp - теорость роста

Гполн - полное пропускание

Тдифф - диффузное пропускание

R - коэффициент отражения пленки на подложке

d - толщина пленки.

А - коэффициент поглощения

Rs - поверхностное сопротивление

Haze - степень рассеяния света

СОКРАЩЕНИЯ

CVD - химическое газофазное осаждение DEZ - диэтилцинк

IBCVD - химическое газофазное осаждение, активированное ионным пучком

LPCVD - химическое газофазное осаждения при пониженном давлении

MOCVD - химическое газофазное осаждение из металлоорганического соединения

PECVD - химическое газофазное осаждение, активированное плазмой

МР - магнетронное распыление

КПД - коэффициент полезного действия

ФЭП - фотоэлектрический преобразователь

ППО - прозрачные проводящие оксиды

СЭ - солнечный элемент

ТПСЭ - тонкопленочный солнечный элемент

ТПСМ - тонкопленочный солнечный солнечный модуль

АСМ - атомно-силовая микроскопия

КРС - (спектроскопия) комбинационного рассеяния света

ВАХ - вольт-амперные характеристики

ПАВ - поверхностные акустические волны

РЭМ - растровая электронная микроскопия