Способ низкотемпературной активации фотопроводимости пленок теллурида кадмия



Способ низкотемпературной активации фотопроводимости пленок теллурида кадмия
Способ низкотемпературной активации фотопроводимости пленок теллурида кадмия
Способ низкотемпературной активации фотопроводимости пленок теллурида кадмия
H01L31/1828 - Полупроводниковые приборы, чувствительные к инфракрасному излучению, свету, электромагнитному, коротковолновому или корпускулярному излучению, предназначенные либо для преобразования энергии такого излучения в электрическую энергию, либо для управления электрической энергией с помощью такого излучения; способы или устройства, специально предназначенные для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы приборов (H01L 51/00 имеет преимущество; приборы, состоящие из нескольких компонентов на твердом теле, сформированных на общей подложке или внутри нее, кроме приборов, содержащих чувствительные к излучению компоненты, в комбинации с одним или несколькими электрическими источниками света H01L 27/00; кровельные покрытия с приспособлениями для размещения и использования устройств для накопления или концентрирования энергии E04D 13/18; получение тепловой энергии с

Владельцы патента RU 2699033:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской Академии наук (ИПХФ РАН) (RU)

Изобретение относится к технологии создания гибких тонкопленочных солнечных батарей и может найти применение при создании солнечных батарей с гетеропереходом CdTe/CdS. Способ низкотемпературной активации пленок теллурида кадмия включает два этапа: на первом этапе на пленку теллурида кадмия напыляют активаторы, а на втором проводят ее отжиг. Согласно изобретению в качестве активаторов используют CdCl2 и CdI2, которые последовательно напыляют на пленку теллурида кадмия, а отжиг осуществляют при температуре 305°С. Это позволяет снизить температуру, при которой в пленке проходят процессы, приводящие к достижению оптимального соотношения в ней доноров и акцепторов, благодаря чему фотопроводимость образцов находится на том же уровне, что и при «классической» активации. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 пр.

 

Изобретение относится к технологии создания гибких тонкопленочных солнечных батарей. Оно может найти применение при создании солнечных батарей с гетеропереходом CdTe/CdS. Более конкретно изобретение относится к технологии низкотемпературной активации тонких пленок CdTe, применяемых в качестве поглощающих слоев таких устройств.

Одним из достаточно широко используемых материалов для создания поглощающего слоя солнечных батарей являются тонкие пленки теллурида кадмия. Как правило, устройства на основе данного материала собираются на негибких подложках. Однако такие панели имеют значительный вес и требуют наличия больших площадей для установки. Сборка солнечных батарей на гибкой основе позволяет значительно снизить их удельный вес, а также облегчить монтаж. Это особенно важно для т.н. строительной фотовольтаики (BIPV), подразумевающей интеграцию солнечных батарей с жилыми домами или промышленными объектами. Однако при создании устройств на основе теллурида кадмия используются высокие температуры, из-за чего выбор материала, который можно бы было использовать в качестве гибкой основы, крайне ограничен. Самой высокотемпературной стадией при создании солнечных батарей (Т>400°С) является процесс активации.

Работа велась с целью создания технологии низкотемпературной активации пленок CdTe.

В настоящее время используются следующие методы активации CdTe: а) «мокрая» активация [McCandless В, Birkmire R, Sol. Cells 31, 527-535 (1990)], б) «сухая» [Qu Y, Meyers P, McCandless B, Conf. Rec. 25th IEEE Photovoltaic Specialist Conf., pp 1013-1016 (1996)], в) «классическая» [Mahathongdy Y, Albin D, Wolden C, Baldwin R, Conf. Rec. 15th NREL PV Rev. Meeting pp 231-241 (1998).]. Пока что наилучшие свойства имеют те пленки, которые были активированы «классическим» хлоридным термическим методом. Однако данный способ не позволяет создавать солнечные батареи на большинстве полимерных подложек ввиду высоких температур, применяемых в процессе активации. Снижение температуры активации позволило бы перейти к новой гибкой основе, что повысило бы удельную мощность, рассчитанную на единицу массы солнечной батареи.

Отсутствие низкотемпературных способов активации таких пленок является существенным препятствием для дальнейшего развития строительной фотовольтаики (BIPV). В заявляемом изобретении раскрывается методика активации тонких (~2 мкм) пленок CdTe. Для иллюстрации приводится общая схема активации образов данной пленки, а также активация образцов толщиной 2 мкм и 8 мкм.

Наиболее близкие к данной работе технологии представлены ниже.

В патенте [Method for the activation of CdTe thin films for the application in CdTe/CdS type thin film solar cells [text]: пат. WO 2011045728 A1 / N. Romeo, A. Romeo, A. Bosio; заявитель Arendi S.P.A. - № PCT/IB2010/054587; заявл. 11.10.2010; опубл. 21.04.2011] описывается метод активации пленок CdTe, используемый при создании солнечных батарей с гетеропереходом CdTe/CdS. В нем пленка теллурида кадмия обрабатывается смесью обесфторенных хлорсодержащих углеводородов с обесхлоренными фторсодержащими углеводородами. В частности, хлорированными углеводородами являются: 1-хлорбутан, 1,1,2-трихлорэтилен и дихлорметан, а фторированными: 1,1,1,2-тетрафторэтан, трифторметан и 1,1 - дифторметан. В качестве достоинства данного метода выступает использование не разрушающих озоновый слой активаторов, однако сама обработка проводится при температурном диапазоне 350-450°С.

В патенте [Process for Large-Scale Production of CdTe/CdS Thin Film Solar Cells, Without the Use of CdCl2 [text]: US 20080149179 A1 / N. Romeo, A. Bosio, A. Romeo; заявитель Solar Systems & Equipment Sri.; заявл. 02.02.2006; опубл. 26.06.2008] описан процесс производства фотоэлемента на основе тонкой пленки CdTe. На одном из этапов проводится обработка пленки CdTe хлорсодержащим инертным газом: хлорфторуглеродным или гидрохлорфторуглеродным продуктом (фреоном). Обработка осуществляется в вакуумной камере при рабочей температуре 380-420°С. Хлор, выделяемый в результате термической диссоциации продукта, реагирует с твердым CdTe, образуя пары TeCl2 и CdCl2 и тем самым активируя поглощающий слой будущей батареи. А непрореагировавшие пары CdCl2 удаляются с поверхности ячейки путем поддержания вакуума в камере, сохраняя при этом рабочее значение температуры.

В патенте [Process for making thin film solar cell [text]: US 20110143489 A1 / Bastiaan Arie Korevaar; заявитель General Electric Co; заявл. 11.12.2009; опубл. 16.06.2011] имеется описание стадии обработки поглощающего слоя при создании солнечной батареи. В нем говорится об использовании хлорида кадмия, натрия и олова, а также соляной кислоты. Помимо этого в качестве активаторов указаны хлорфторуглероды (ХФУ) и гидрохлорфторуглероды. Сама активация проводится при температуре в диапазоне от 350°С до примерно 500°С.

В патенте [Method of activating CdTe thin-film solar cells [text]: пат. US 20020034837 A1 / M. Campo, D. Bonnet, R. Gegenwart, J. Beier; патентообладатель ANTEC Solar GmbH. - № US 09/908,384; заявл. 18.07.2001; опубл. 21.03.2002] описан метод активации пленок CdTe с помощью смеси газов: азота, кислорода и хлорводорода с парциальным давлением кислорода от 5% до 25% от общего давления смеси. При этом температура процесса находилась в диапазоне 370-500°С.

Отличительной особенностью предложенной нами методики является использование смесей галогенидов кадмия в качестве активаторов. Это позволяет снизить температуру, при которой в пленке проходят процессы, приводящие к достижению оптимального соотношения в ней доноров и акцепторов, благодаря чему фотопроводимость образцов находится на том же уровне, что и при «классической» активации.

Активация пленок CdTe включает 2 этапа: напыление смеси галогенидов кадмия и отжиг полученной пленки в инертной атмосфере.

На первом этапе проводят поочередное напыление галогенидов кадмия на пленку CdTe методом вакуумного термического напыления (PVD). Необходимые количества веществ рассчитываются исходя из соотношений, приведенных на фиг. 1. На втором этапе проводится отжиг образцов в печи в инертной атмосфере азота. Температура отжига Т=305°С. Время отжига t=30 мин.

Заявляемое изобретение иллюстрируется, но никак не ограничивается следующими примерами.

Пример 1. Активация пленки CdTe толщиной d=2 мкм

Исходя из соотношений, приведенных на фиг. 1, толщина слоя активаторов должна быть равна 0,36 мкм, причем d(CdCl2)=d(CdI2)=0,18 мкм

Расчет массы активаторов:

При плотности CdI2 ρ=5,64 г/см3 при термическом распылении из испарителя с расстояния R=15 см для получения пленки толщиной d=0,18 мкм потребовалось бы m=2⋅π⋅ρ⋅R2d=2⋅3,1416⋅5,64⋅225⋅0,18⋅10-4=0.1435 г CdI2.

При плотности CdCl2 ρ=4,047 г/см3 при термическом распылении из испарителя с расстояния R=15 см для получения пленки толщиной d=0,18 мкм потребовалось бы m=2⋅π⋅ρ⋅R2d=2⋅3,1416⋅4,047⋅225⋅0,18⋅10-4=0.1029 г CdCl2.

Напыление проводилось последовательно на подложки стекло/молибден/CdTe из танталового тигля в вакууме при остаточном давлении 3⋅10-6 мм.рт.ст. мм.рт.ст. в установке ВУП-5.

Структура полученных образцов была следующей: стекло/Mo/CdTe/CdI2/CdCl2.

Далее проводился их отжиг в печи в слабом токе азота. Время отжига составляло 30 мин.

Методом РФА установлено, что зерна в активированной пленке CdTe имеют строгую ориентацию (111). Фотопроводимость образцов была исследована методом фотоэлектрохимических ячеек (PEC) [J.J. Scragg, P.J. Dale, L.М. Peter et al. // Phys. Stat. Sol. (b). 2008. V. 245. No. 9. P. 1772-1778]. Данный метод широко используется для экспресс-тестирования полупроводниковых пленок, применяемых для создания солнечных батарей. По данным работы [D. Colombara, A. Crossay, D. Regesh et al. // Electrochemistry Communications. 2014. V. 48. PP. 99-102] существует корреляция между фотопроводимостью полупроводниковой пленки поглощающего слоя солнечной батареи, измеренной методом РЕС и эффективность. Солнечного элемента на его основе.

Освещение образцов проводилось ртутной лампой ДРШ-250 при Р=100 мВт/см2. Для уменьшения свечения в ИК- и УФ-областях применялись светофильтры. В качестве активного электролита использовали 0.1 М водный раствор Eu(NO3)3.

На фиг. 3 приведены данные РЕС полученного образца по сравнению с данными образца, активированного «классическим» методом. Видно, что амплитуда фототока схожа для обоих образцов.

Пример 2. Активация пленки CdTe толщиной d=8 мкм

Исходя из соотношений, приведенных на фиг. 1, толщина слоя активаторов должна быть равна 1,44 мкм, причем d(CdCl2)=d(CdI2)=0,72 мкм

При плотности CdI2 ρ=5,64 г/см3 при термическом распылении из испарителя с расстояния R=15 см для получения пленки толщиной d=0,72 мкм потребовалось бы m=2⋅π⋅ρ⋅R2d=2⋅3,1416⋅5,64⋅225⋅0,72⋅10-4=0,5738 г CdI2.

При плотности CdCl2 ρ=4,047 г/см3 при термическом распылении из испарителя с расстояния R=15 см для получения пленки толщиной d=0,72 мкм потребовалось бы m=2⋅π⋅ρ⋅R2d=2⋅3,1416⋅4,047⋅225⋅0,72⋅10-4=0,4119 г CdCl2.

Напыление проводилось последовательно на подложки стекло/молибден/CdTe из танталового тигля в вакууме при остаточном давлении 3⋅10-6 мм.рт.ст. мм.рт.ст. в установке ВУП-5.

Структура полученных образцов была следующей: стекло/Mo/CdTe/CdI2/CdCl2.

Далее проводился их отжиг в печи в слабом токе азота. Время отжига составляло 30 мин.

Данные примеры иллюстрирует возможность низкотемпературной активации пленок теллурида кадмия методом использования в качестве активаторов смеси галогенидов кадмия.

Таким образом, в заявляемом изобретении раскрывается методика низкотемпературной активации пленок теллурида кадмия. Данная методика может быть полезной при создании гибких тонкопленочных солнечных батарей с поглощающим слоем CdTe.

1. Способ низкотемпературной активации пленок теллурида кадмия, включающий два этапа: на первом этапе на пленку теллурида кадмия напыляют активаторы, а на втором проводят ее отжиг, отличающийся тем, что в качестве активаторов используют CdCl2 и CdI2, которые последовательно напыляют на пленку теллурида кадмия, а отжиг осуществляют при температуре 305°С.

2. Способ низкотемпературной активации по п. 1 отличающийся тем, что толщины напыленных пленок смеси активаторов CdCl2 и CdI2 и теллурида кадмия соотносятся как 1 к 5,56.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области солнечной фотоэнергетики, в частности к устройствам для прямого преобразования солнечной энергии. Предложен металлооксидный солнечный элемент на основе наноструктурированных слоев металлооксида, сенсибилизированного поглощающей свет субстанцией, включающий проводящий слой из оксида олова, допированного фтором или индием, и противоэлектрод, при этом в качестве поглощающей свет субстанции он содержит органический краситель или квантовые точки, а противоэлектрод выполнен в виде пленки из композитного материала на основе графена и наночастиц редкоземельного элемента, нанесенной на проводящее покрытие из оксида олова, допированного фтором или индием.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления преобразователя солнечной энергии. Способ изготовления полупроводникового прибора со структурой с р, i, n слоями, включающий процессы легирования, при этом формирование i-слоя в p-i-n структуре осуществляют в три этапа: первый этап - осаждением пленок Si:H со скоростью 0,3 нм/с, при ВЧ мощности 8 Вт, со скоростью потока SiH4 20 см3/с и давлении 27 Па; второй этап - осаждением пленок Si:H со скоростью 0,6 нм/с, при ВЧ мощности 15 Вт, со скоростью потока SiH4 50 см3/с и давлении 45 Па, третий этап - осаждением пленок Si:H со скоростью 1,0 нм/с, при ВЧ мощности 28 Вт, со скоростью потока SiH4 80 см3/с и давлении 65 Па, с последующим легированием i-слоя бором до 0,05×10-4% при соотношении (B2H6/SiH4) 10-4% в газовой смеси.

Устройство солнечных элементов с батареей тонкопленочных солнечных элементов на подложке (5) выполнено так, что каждый солнечный элемент сформирован слоями, представляющими собой нижний электрод (6), фотоактивный слой (7), верхний электрод (8) и изолирующий слой (9).

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам изготовления гибких фотоэлектрических модулей для преобразования энергии солнечного излучения в электричество, которые могут быть использованы для электропитания потребителей и заряда аккумуляторов на борту электрических и гибридных транспортных средств морского и воздушного применения.

Изобретение относится к области приема оптического излучения и касается импульсного фотоприемного устройства. Устройство включает в себя фоточувствительный элемент, схему обработки сигнала и оптический затвор, установленный перед фоточувствительным элементом.

Изобретение относится к области приема оптического излучения и касается приемника лазерных импульсов. Приемник включает в себя фоточувствительный элемент, схему обработки сигнала и оптический затвор, установленный перед фоточувствительным элементом.

Концентраторно-планарный фотоэлектрический модуль (1) содержит фронтальную светопрозрачную панель (2) с концентрирующими оптическими элементами (4), светопрозрачную тыльную панель (5), на которой сформированы планарные неконцентраторные фотоэлектрические преобразователи (6) с окнами (10), противолежащими концентрирующим оптическим элементам (4), в которых размещены концентраторные фотопреобразователи (8), и элементы крепления (11).

Изобретение относится к области приема оптического излучения и касается приемника оптического излучения. Приемник включает в себя фоточувствительный элемент, схему обработки сигнала и оптический затвор.

Изобретение относится к печатной плате, содержащей проводящую дорожку, имеющую выемку, в которой расположен имплантат с левым, правым, нижним и верхним краем, служащий для измерения проходящего в проводящей дорожке тока.

Изобретение относится к толстопленочной микроэлектронике. Алюминиевая паста для изготовления тыльного контакта кремниевых солнечных элементов c тыльной диэлектрической пассивацией включает порошок алюминия, органическое связующее, порошок стекла, причем паста дополнительно содержит одно или смесь металлоорганических соединений щелочноземельных металлов, при следующем соотношении компонентов, масс.

Устройство солнечных элементов с батареей тонкопленочных солнечных элементов на подложке (5) выполнено так, что каждый солнечный элемент сформирован слоями, представляющими собой нижний электрод (6), фотоактивный слой (7), верхний электрод (8) и изолирующий слой (9).

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам изготовления гибких фотоэлектрических модулей для преобразования энергии солнечного излучения в электричество, которые могут быть использованы для электропитания потребителей и заряда аккумуляторов на борту электрических и гибридных транспортных средств морского и воздушного применения.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам изготовления гибких фотоэлектрических модулей для преобразования энергии солнечного излучения в электричество, которые могут быть использованы для электропитания потребителей и заряда аккумуляторов на борту электрических и гибридных транспортных средств морского и воздушного применения.

Изобретение может быть использовано при создании тонкопленочных солнечных батарей. Для получения монозеренных кестеритных порошков используют прекурсорные смеси, состоящие из Cu2Se, CuSe, ZnS и SnSe2.
Изобретение относится к технологии производства фотоэлектрических преобразователей. Способ формирования пленки перовскитоподобного материала с общей формулой АВХ3 включает нанесение на подложку слоя перовскитоподобного материала заранее заданной толщины, после чего на слой наносят галоген до достижения частичного или полного сжижения данного слоя, после чего полностью удаляют избыточный галоген из слоя АВХ3 с обеспечением постепенной кристаллизации перовскитоподобного материала на подложке с образованием зерен первоскитоподобного материала размера большего, чем в исходном слое.

Изобретение относится к технологии изготовления многоэлементных матриц фотоприемников на пластине с тонкими функциональными слоями может использоваться для создания матричных фотоприемников (МФП) различного назначения.

Изобретение относится к технологии изготовления многоэлементных матриц фотоприемников на пластине с тонкими функциональными слоями может использоваться для создания матричных фотоприемников (МФП) различного назначения.

Изобретение относится к технологии изготовления кремниевых фотодиодов (ФД), чувствительных к излучению с длинами волн 0,3-1,06 мкм, которые могут быть использованы в электронно-оптической аппаратуре.

Изобретение относится к технологии изготовления кремниевых фотодиодов (ФД), чувствительных к излучению с длинами волн 0,3-1,06 мкм, которые могут быть использованы в электронно-оптической аппаратуре.

Изобретение относится к электронной технике, а именно, касается технологии изготовления гибридных микросхем, и может быть использовано в производстве гибридных фотоэлектрических сборок путем микросварки.

Изобретение относится к технологии создания гибких тонкопленочных солнечных батарей и может найти применение при создании солнечных батарей с гетеропереходом CdTeCdS. Способ низкотемпературной активации пленок теллурида кадмия включает два этапа: на первом этапе на пленку теллурида кадмия напыляют активаторы, а на втором проводят ее отжиг. Согласно изобретению в качестве активаторов используют CdCl2 и CdI2, которые последовательно напыляют на пленку теллурида кадмия, а отжиг осуществляют при температуре 305°С. Это позволяет снизить температуру, при которой в пленке проходят процессы, приводящие к достижению оптимального соотношения в ней доноров и акцепторов, благодаря чему фотопроводимость образцов находится на том же уровне, что и при «классической» активации. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 пр.

Наверх