Соглашение от 30 июня 2014 года № 14.604.21.0085 с Минобрнауки России

Тема: Разработка методики модификации структуры и свойств пленок аморфного гидрогенезированного кремния фемтосекундным лазерным облучением для фотовольтаических применений.

Этап 3.

На отчетном этапе работ были проведены экспериментальные исследования влияния легирования на процессы модификации структуры и изменение физических свойств пленок аморфного гидрогенизированного кремния, модифицированных фемтосекундным лазерным облучением. Определены оптимальные технологические условия получения пленок аморфного гидрогенизированного кремния, легированного донорными и акцепторными примесями. Показано, что для получения пленок аморфного гидрогенизированного кремния n-типа, легированных фосфором, у которых уровень Ферми при комнатной температуре располагался на расстоянии большем, чем 0.5 эВ от края зоны проводимости, необходимо при формировании пленок методом плазмохимического осаждения из газовой фазы использовать газовую смесь моносилана с фосфином, в которой доля фосфина составляла менее 10^-6. В то же время для получения пленок аморфного гидрогенизированного кремния р-типа, легированных бором, у которых уровень Ферми при комнатной температуре располагался на расстоянии большем, чем 0.5 эВ от края валентной зоны, необходимо при формировании пленок методом плазмохимического осаждения из газовой фазы использовать газовую смесь моносилана с дибораном, в которой доля диборана составляет менее 10^-4.

Изучено влияния структурной модификации пленок аморфного гидрогенизированного кремния, вызванной фемтосекундным лазерным облучением, на эффективность легирования введенной в исходный материал примеси. Разработана модель изменения эффективности легирования пленок гидрогенизированного кремния при их структурной модификации в результате фемтосекундного лазерного облучения. Установлено, что при равных концентрация примесных атомов, введенных в аморфный кремний и в кристаллический (микроктисталлический, нанокристаллический) кремний, доля электрический активных примесей во втором случае окажется на 2 порядка больше, чем в первом случае. В результате этого проводя лазерную кристаллизацию слаболегированного аморфного гидрогенизированного кремния мы получаем пленку (слой) сильнолегированного нанокристаллического кремния.

Представлен лабораторный технологический регламент получения пленок наномодифицированного аморфного кремния путем фемтосекундного лазерного облучения аморфного гидрогинезированного кремния.

Изготовлены экспериментальные образцы пленок наномодифицированного аморфного кремния с различной объемной долей кристаллической фазы; пленки аморфного гидрогенизированного кремния, содержащие донорные и акцепторные примесные атомы с различным уровнем легирования; проведена гидрогенизация легированных пленок аморфного гидрогенизированного кремния, модифицированных фемтосекундным лазерным облучением. Разработаны лабораторные методики исследований структурных, оптических, электрических и фотоэлектрических параметров экспериментальных образцов пленок наномодифицированного аморфного кремния. Представлены протоколы исследования указанных свойств.

Показано, что для формирования гетероструктуры a-Si:H/nc-Si:H в пленках аморфного гидрогенизированного кремния при модификации их структуры путем их облучения фемтосекундным лазерным облучением представляется необходимым использование для модификации структуры пленки аморфного гидрогенизированного кремния фемтосекундного лазерного излучения с энергией квантов превышающих ширину запрещенной зоны. Плотность энергии излучения, необходимая для кристаллизации пленки аморфного гидрогенизированного кремния должна превышать 48 мДж/см². Для формирования гетероперехода, позволяющего разделять возбужденные светом носители заряда целесообразно проводить лазерную кристаллизацию пленок аморфного гидрогенизированного кремния, легированного акцепторами (бором). При формировании гетероперехода необходимо использовать пленки аморфного гидрогенизированного кремния, легированные бором и полученные методом плазмохимического осаждения из газовой фазы при доле диборана в газовой смеси в пределах 10^-5 -10^-4.

Работы по третьему этапу выполнены в полном объеме.

Научно-технический уровень выполненных на третьем этапе работ сравним с лучшими мировыми достижениями в области создания и исследований аморфных материалов для тонкопленочной солнечной энергетики.