Тонкопленочный фотоэлектрический преобразователь и способ его изготовления

 

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано для преобразования солнечной энергии. Сущность: термостойкий тонкопленочный фотоэлектрический преобразователь содержит p - i - n-структуру, электрод и слой блокирования диффузии, расположенный между полупроводником и по крайней мере одним электродом. Блокирующий слой формируют толщиной путем нанесения на n-слой кремния слоя металла VI B группы периодической таблицы элементов или сплава металлов, содержащего более 50 ат.% металла VI B группы, и отжига в течение 1,5 - 2 при 150 - 200°С. Преобразователь позволяет исключить снижение качества вследствие диффузии металла или металлического соединения из электрода в полупроводник. 2 с.п.ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к оптоэлектронике и позволяет осуществить фотоэлектрическое преобразование в солнечных элементах, фотоэлектрических детекторах, фотоэлектрических приемниках для электрофотографии, в лазерах, электролюминесцентных устройствах и т.п.

Известно техническое решение [1], в котором описаны термостойкий тонкопленочный фотоэлектрический преобразователь и способ его изготовления, содержащий полупроводниковый слой, передний прозрачный электрод и задний металлический электрод.

К недостаткам этого технического решения отнесена низкая эффективность фотоэлектрического преобразования.

Наиболее близкими к заявленному решению являются преобразователь и способ его изготовления, описанные в [2]. Этот тонкопленочный фотоэлектрический преобразователь содержит р - i - n-структуру из кремния с двумя электродами, один из которых выполнен из оксида металла и расположен на прозрачной подложке, а между другим электродом и n-слоем полупроводника расположен слой, блокирующий диффузию. Способ изготовления тонкопленочных фотоэлектрических преобразователей включает формирование на прозрачной подложке р - i - n-структуры из кремния с электродами, один из которых выполнен из окисла металла, а между другим электродом и n-слоем полупроводника сформирован блокирующий диффузию слой.

К недостаткам данного технического решения относится низкое качество, обусловленное омическими потерями в электроде или потерями при отражении света на электроде. Кроме того, к недостаткам прототипа можно отнести низкие эффективность фотоэлектрического преобразования и термостойкость, связанную с диффузией металла электрода в полупроводник при высоких температурах эксплуатации преобразователей.

Целью изобретения является повышение эффективности фотоэлектрического преобразования и термостойкости.

Цель достигается тем, что в качестве слоя, блокирующего диффузию, использован слой силицида металла VIB группы периодической таблицы элементов или слой силицида сплава металлов, содержащий более 50 ат.% металла VIB группы, а также тем, что блокирующий слой формируют толщиной 5-100 путем нанесения на n-слой кремния слоя металла VIB группы пли сплава металлов, содержащего более 50 ат.% металла VIB группы, и отжига структуры в течение 1,5-2 ч при 150-200^оС.

На чертеже изображен фотоэлектрический преобразователь - конструкция солнечной ячейки.

На прозрачной подложке 1 расположен прозрачный электрод 2, на нем слой 3 полупроводника р-проводимости, слой 4 полупроводника i-проводимости и слой 5 полупроводника n-проводимости. На слое 5 в качестве электрода расположен металлический слой 6.

Свет поступает в слой полупроводника через прозрачный электрод и поглощается в полупроводнике, генерируя электроэнергию. Часть света, которая не поглощается в полупроводнике, достигает электрода и отражается, после чего снова поглощается в слое полупроводника.

П р и м е р. На стеклянной подложке толщиной 1 мм был получен прозрачный электрод ITO/SnO₂ толщиной 1000 . Методом разложения тлеющим разрядом были последовательно осаждены аморфный р-слой толщиной 120 , i-слой толщиной 5000 и n-слой толщиной 500 . В процессе осаждения полупроводника р-типа использовалась газовая смесь, состоящая из SiH₄ и В₂Н₆ при температуре подложки 200^оС и при давлении около 1 мм рт.ст. Газовая смесь из SiH₄ и Н₂ и газовая смесь из SiH₄ и РН₃использовалась соответственно для осаждения полупроводников i-типа и n-типа. Условия осаждения были теми же, что и при осаждении полупроводников р-типа. Затем методом испарения электронным лучом был осажден хром при давлении 10^-6 мм рт.ст. на n-слое полупроводника. Толщина слоя хрома составляла 100 . На него был осажден алюминий толщиной 1000 , а после этого солнечный элемент отожгли в течение 1,5 ч при 150^оС. Характеристики солнечных элементов приведены в таблице.

Термостойкий тонкопленочный фотоэлектрический преобразователь в соответствии с изобретением может быть в предпочтительном варианте использован как солнечный элемент или как фотодетектор, так как окружающая температура, при которой работают солнечные элементы и фотодетекторы, часто превышает 50^оС. Это особенно касается солнечных элементов, окружающая температура которых достигает примерно 80^оС на открытом воздухе, что еще более увеличивает значение преимуществ фотоэлектрического преобразователя в соответствии с изобретением.

Формула изобретения

1. Тонкопленочный фотоэлектрический преобразователь, содержащий p-i-n-структуру из кремния с двумя электродами, один из которых выполнен из оксида металла и расположен на прозрачной подложке, а между вторым электродом и n-слоем полупроводника расположен слой, блокирующий диффузию, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности фотоэлектрического преобразования и термостойкости, в качестве слоя, блокирующего диффузию, использован слой силицида металла VIB группы или слой силицида сплава металлов, содержащий более 50 ат.% металла VIB группы, толщиной 5-100 2. Способ изготовления тонкопленочного фотоэлектрического преобразователя, включающий формирование на прозрачной подложке p-i-n-структуры из кремния с электродами, один из которых выполнен из окисла металла, а между вторым электродом и n-слоем полупроводника сформирован блокирующий диффузию слой, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности фотоэлектрического преобразования и термостойкости, блокирующий слой формируют толщиной 5-100 путем нанесения на n-слой кремния слоя металла VIB группы или сплава металлов, содержащего более 50 ат.% металла VIB группы, и отжига в течение 1,5 - 2,0 ч при 150 - 200^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2