Гетероструктуры AIIIP/Si в качестве селективных контактов для высокоэффективных фотовольтаических элементов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Максимова Алина Андреевна

• Максимова Алина Андреевна
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Максимова Алина Андреевна

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Солнечные элементы на основе c-Si и a-Si

1.2. Солнечные элементы на основе соединений AinBV

1.3. Селективные контакты

1.4. Методы интеграции Si и AinBV

Вывод по первой главе:

2. ЭКСПЕРИМЕНТЫ И МЕТОДЫ

2.1. Метод плазмохимического осаждения

2.2. Методы исследования структурных свойств

2.3. Методы исследования композиционных свойств

2.4. Методы исследования оптических свойств

2.5. Методы исследования электрофизических свойств

3. СЕЛЕКТИВНЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ КОНТАКТ НА ОСНОВЕ ФОСФИДА АЛЮМИНИЯ

3.1. Компьютерное моделирование гетероструктуры AlP/Si

3.2. Структурные и композиционные свойства AlP

3.3. Электрофизические свойства слоев фосфида алюминия

3.4. Оценка разрывов зон гетероструктур AlP/Si

4. СЕЛЕКТИВНЫЙ ДЫРОЧНЫЙ КОНТАКТ НА ОСНОВЕ ФОСФИДА БОРА

4.1. Компьютерное моделирование гетероперехода BP/Si

4.2. Осаждение фосфида бора с использованием прекурсора

триметилбора [B(CH3>, TMB]

4.3. Осаждение фосфида бора с использованием прекурсора диборана (B2H6)

4.4. Электрофизические свойства гетероструктур BP/Si

4.5. Внедрение пассивационного подслоя на основе a-Si:H

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Гетероструктуры AIIIP/Si в качестве селективных контактов для высокоэффективных фотовольтаических элементов»

Актуальность работы

Актуальность развития возобновляемой энергетики, и в первую очередь солнечной, обусловлена фундаментальными ограничениями углеводородного топлива: конечностью его запасов и негативным воздействием на окружающую среду.

Основными направлениями развития солнечной энергетики являются: разработка новых конфигураций солнечных элементов (СЭ) с целью повышения эффективности, снижение стоимости, а также массы - для доставки на околоземную орбиту. На стоимость изготовления СЭ сильное влияние оказывают в первую очередь стоимость подложки и энергозатраты на технологические процессы.

На сегодняшний день на рынке фотовольтаики доминируют солнечные элементы на основе кремния, что обусловлено доступностью сырья, относительной простотой технологических процессов и низкой себестоимостью готовых изделий. Несмотря на широкое распространение, рекордное значение коэффициента полезного действия для гетеропереходных кремниевых структур составляет 26,81%, что существенно уступает теоретическому пределу Шокли-Квиссера. Преодоление этого разрыва требует разработки и внедрения новых физико-технологических подходов.

В последние годы наблюдается рост числа исследований, направленных на поиск новых материалов, способных заменить аморфный гидрогенизированный кремний (a-Si:H) в однопереходных солнечных элементах на кремниевых подложках с гетеропереходной архитектурой (HIT). Интерес к альтернативным материалам обусловлен рядом фундаментальных недостатков a-Si:H, включая недостаточную термическую стабильность, паразитное поглощение излучения в ультрафиолетовой области спектра, а также подверженность эффекту Стаблера-Вронского — светоиндуцированной

деградации, которая вызывает снижение коэффициента полезного действия на 10-30% относительно исходного уровня.

Стабильность приборов особенно важна для космических применений, а с бурным развитием запусков коммерческих спутников потребность в бюджетных солнечных элементах непременно будет расти.

Развитие концепции селективных контактов к кремнию продиктовано необходимостью применения бюджетных подложек и предполагает формирование тонкопленочной структуры, выполняющей функции пассивации поверхности (снижение плотности поверхностных состояний и рекомбинационных потерь на гетерогранице) и селекции носителей заряда (обеспечение транспорта носителей только одного типа для подавления рекомбинации на границе с металлическим электродом). Дополнительным условием является оптическая прозрачность используемых материалов в широком спектральном диапазоне, обеспечивающая поглощение излучения исключительно в кремнии.

В рамках настоящей работы основное внимание уделено разработке новых архитектур однопереходных кремниевых солнечных элементов с селективными контактами на основе фосфидов элементов III группы, таких как фосфид галлия (GaP), фосфид бора (BP) и фосфид алюминия (AIP). Данные материалы, являясь широкозонными полупроводниками, обеспечивают формирование потенциальных барьеров на гетерогранице с кремнием, что является необходимым условием для эффективной селекции носителей заряда.

Асимметрия зонных разрывов на гетерогранице GaP/Si, выражающаяся в большой величине разрыва валентной зоны и малой величине разрыва зоны проводимости, создает предпосылки для реализации электронно-селективного контакта на основе данного соединения. Напротив, для фосфида бора (Eg = 2,1 эВ), согласно имеющимся литературным данным, характерен значительный

разрыв в зоне проводимости на границе с кремнием, что обусловливает его пригодность для формирования дырочно-селективного контакта.

Цель работы

Исследование физических основ создания нового типа высокоэффективных солнечных элементов на основе интеграции кремния и фосфидов элементов III группы.

Для достижения поставленной цели были решены задачи: проведены комплексные исследования, включающие в себя теоретический расчет, формирование структур и проведения ряда экспериментальных исследований электрофизических и фотоэлектрических свойств материалов и структур.

Фосфидные слои были выращены с использованием установки плазмохимического осаждения Oxford Plasmalab 100 PECVD. Это надежный, промышленный метод, который позволяет выращивать пленки электронного качества при низкой температуре на больших площадях. Для анализа свойств материала и гетероструктуры необходимо сочетать несколько методов исследования с компьютерным моделированием.

Электротранспортные свойства были оценены сначала по измерениям вольт-амперных характеристик структур с барьером Шоттки, выполненными на одних и тех же слоях фосфида, нанесенных как на p-тип, так и на n-тип c-Si, для изучения переноса через гетеропереход.

Дополнительно были проведены емкостные измерения: вольт-фарадные характеристики (C-V) для анализа профилей легирования и оценки разрывов зон, а также спектроскопия полной проводимости (частотные и температурные зависимости емкости и проводимости) для исследования дефектов в объеме слоев и на гетерогранице.

Также для анализа экспериментальных данных и оптимизации конструкции солнечных элементов было использовано компьютерное моделирование. Компьютерное моделирование было выполнено с использованием программного обеспечения AFORS-HET 2.2 (программа,

разработанная в Helmholtz-Zentrum Berlin). Оно позволяет анализировать полученные экспериментальные результаты и прогнозировать характеристики гетеропереходных структур с различными конфигурациями. Таким образом, можно производить оптимизацию конструкции без необходимости изготовления большого количества образцов для проверки влияния различных параметров на свойства конечной структуры.

Научная новизна

В данной работе предлагается исследовать новый подход, основанный на использовании фосфидов элементов III группы, которые обладают высоким потенциалом для применения в качестве селективных контактов к кремнию.

Ширина запрещенной зоны фосфида бора (Eg = 2,1 эВ) существенно превышает соответствующие значения для кристаллического (1,12 эВ) и аморфного гидрогенизированного кремния (1,8 эВ). Данное обстоятельство минимизирует паразитное поглощение солнечного излучения в слоях BP, что способствует увеличению плотности тока короткого замыкания в фотоэлектрических структурах по сравнению с использованием a-Si:H.

Предварительная работа показала, что фосфид галлия может быть сильно легирован n-типом и имеет значительное смещение валентной зоны c-Si, что делает его отличным кандидатом в качестве селективного электронного контакта, не требуя дополнительного слоя ITO. Аналогично, BP можно было бы легировать р-типом, обеспечивая, таким образом, селективный контакт для дырок.

Новизна работы заключается в применении слоев фосфида бора, синтезированных методом низкотемпературного плазмохимического осаждения (ПХО, T<400 °C), для формирования селективных контактов. Низкотемпературный режим осаждения исключает деградацию объемных свойств кремния и компенсирует различие в температурных коэффициентах расширения пленки и подложки.

Использование циклического режима ПХО, предполагающего поочередную импульсную подачу прекурсоров III и V группы с многократным повторением циклов, обеспечивает прецизионный контроль скорости роста и формирование атомарно-гладких слоев требуемой толщины, включая поверхности со сложной морфологией [4]. Преимуществами циклического метода являются высокая предсказуемость процессов роста и широкие возможности управления свойствами пленок за счет варьирования технологических параметров (давление, газовые потоки, состав плазмы, длительность шагов, температура).

Более высокая термическая стабильность по сравнению с аморфным кремнием и оксидами позволяет также проводить термические отжиги на разных этапах создания солнечного элемента. Кроме того, материалы АщВгу гораздо стабильнее сохраняют свои свойства в агрессивной среде, например, в космосе, так как они менее подвержены деградации, что является еще одним преимуществом для перехода с аморфного кремния на них.

На данный момент, практически не существует работ, где тонкие слои фосфидов (менее 200 нм) целенаправленно рассматривались как эффективные селективные контакты в солнечных элементах (за исключением только гетеропереходов GaP/Si, выращенных дорогостоящими эпитаксиальными методами). Поэтому в рамках данной работы предлагается рассмотреть новые конструкции однопереходных солнечных элементов на подложках кремния с перспективными селективными слоями толщиной менее 200 нм на основе фосфидов, выращенных методом плазмохимического циклического осаждения.

Количественное описание свойств этих слоев является следующим важным этапом реализации данной работы, так как это позволило впервые получить абсолютно новые данные о свойствах ВР и возможных способах их применения в фотопреобразовательных структурах.

Новым подходом также является применение методов емкостной спектроскопии (спектроскопии полной проводимости) для характеризации структур с селективными контактами на основе АШВУ. Метод спектроскопии полной проводимости отличается высокой чувствительностью к поверхностным состояниям и дефектам на гетерограницах. Эффективность данного подхода, ранее подтвержденная при исследовании эталонных гетеропереходов a-Si:H/c-Si в сочетании с численным моделированием, обусловливает его выбор в качестве основного метода анализа.

Таким образом, предлагаемый комплексный подход в виде использования взаимодополняющих емкостных методов и компьютерного моделирования для исследования структур с тонким селективным контактом на основе фосфидов элементов III группы позволит получить уникальную информацию для оптимизации процесса формирования эффективных фотопреобразовательных структур на их основе.

Научная и практическая значимость работы

1. Показано, что новый подход, основанный на использовании фосфидов элементов III группы, обладает высоким потенциалом для применения в качестве селективных контактов к кремнию.

2. Показано, что в гетероструктурах на основе фосфида алюминия (AIP) осажденных на кремнии методом низкотемпературного атомно-слоевого плазмохимического осаждения (АСПХО), формируется гетеропереход с оптимальным разрывом зоны проводимости (~0.35 эВ) для использования данных слоев в качестве селективного электронного контакта в высокоэффективных фотовольтаических преобразователях.

3. Установлено, что применение ТМБ приводит к формированию аморфных слоев BP с критическим углеродным загрязнением (~25 ат.%) вследствие неполного разложения метильных групп.

4. Показано, что замена прекурсора на диборан позволяет полностью устранить углеродное загрязнение и получить стехиометрические пленки BP

с шириной запрещенной зоны до 1,76 эВ, оптимальной для дырочных селективных контактов.

5. Показано, что увеличение мощности плазмы при осаждении и введение водородного разбавления позволяют частично снизить плотность состояний, однако не устраняют проблему полностью. Продемонстрировано, что введение a-Si:H устраняет пиннинг уровня Ферми и приводит к увеличению времени жизни неосновных носителей заряда с 10 мкс до ~1 мс, что обеспечивает расчетное значение напряжения холостого хода 0,7 В и потенциальную эффективность солнечного элемента до 23%.

Объекты и методы исследования

Объектами исследования в данной диссертации являются тонкие пленки фосфида бора, выращенные методом ПХО в установке Oxford PlasmaLab System 100 (13,56 MHz) с емкостно-связанной плазмой (CCP), а также структуры с барьером Шоттки и фотопреобразователи на их основе. Для создания барьеров Шоттки и омических контактов применялся метод вакуумного резистивного напыления (установка BOC Edwards Auto500). Термическая обработка образцов выполнялась методом быстрого термического отжига (RTA) на установке Jipiec JetFirst 100. Структурное совершенство и морфология поверхности пленок исследовались методами просвечивающей (Jeol JEM-2100F) и растровой электронной микроскопии (Zeiss Supra 25).

Фазовый состав и структурные изменения после отжига анализировались методом спектроскопии комбинационного рассеяния (спектрометр ENSPECTR R532, X = 532 нм). Оптические свойства пленок BP на кварцевых подложках изучались путем измерения спектров пропускания и отражения (спектрометр Avantes ULS2048, ксеноновая лампа). Толщина пленок контролировалась эллипсометрическим методом (Horiba PZ2000, X = 632,8 нм).

Основными электрофизическими методами являлись спектроскопия полной проводимости (СПП). Измерения СПП выполнены в температурном диапазоне 78-400 К и частотном диапазоне 20 Гц - 1 МГц с использованием криостата Janis VPF-100 и RLC-метра Agilent E4980A-001.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Для слоев фосфида алюминия, полученных методом плазмохимического атомно-слоевого осаждения, величина разрыва зоны проводимости гетероперехода AlP/Si составила 0.35 ± 0.10 эВ.

2. В процессе плазмохимического осаждения фосфида бора на Si с использованием B(CH3)3, происходит встраивание углерода в слои BP, что приводит повышенной плотности состояний на границе раздела BP/Si и пиннингу уровня Ферми. Переход к прекурсору B2H6 и увеличение мощности ВЧ-разряда позволяют снизить плотность поверхностных состояний.

3. Внедрение тонкого подслоя a-Si:H при формировании гетероперехода BP/Si приводит к снижению плотности поверхностных состояний и значительному увеличению время жизни неосновных носителей заряда в Si (более 1 мс).

Достоверность представленных в диссертации результатов обеспечивается применением комплекса взаимодополняющих экспериментальных методов исследования на репрезентативной выборке образцов, воспроизводимостью и взаимной согласованностью полученных данных, а также их соответствием результатам компьютерного моделирования и хорошим согласием с литературными данными, полученными другими авторами при изучении аналогичных структур.

Апробация работы

Результаты работы были представлены на следующих международных и всероссийских конференциях:

1. Международная конференция «10th International School and Conference «Saint Petersburg 0PEN2023», стендовый доклад;

2. Международная конференция Physica. Spb/2023, Санкт-Петербург, стендовый доклад;

3. Международная конференция «2022 Spring Meeting of the European Materials Research Society (E-MRS)», Устный доклад;

4. Международная конференция «9th International School and Conference «Saint Petersburg OPEN2022», стендовый доклад;

5. Международная конференция Physica. Spb/2021, Санкт-Петербург, стендовый доклад;

6. Международная конференция «2021 Spring Meeting of the European Materials Research Society (E-MRS)», Устный доклад;

7. Международная конференция «8th International School and Conference «Saint Petersburg OPEN 2021», стендовый доклад

Личный вклад

Личный вклад автора диссертации заключается в формулировке задач исследования, руководстве и непосредственном участии на всех этапах технологического цикла — от ростовых процессов до пост-ростовой обработки полупроводниковых структур — с целью формирования образцов, пригодных для фотоэлектрических, оптических и емкостных измерений, выполненных лично автором. Автором проведен анализ полученных экспериментальных данных, их интерпретация с привлечением результатов компьютерного моделирования и сопоставлением с литературными данными, а также сформулированы основные выводы работы.

Публикации Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 15 статьях, в том числе 3 в журналах перечня ВАК, 12 в журналах, рецензируемых Scopus.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Полный объем диссертации составляет 129 страниц с 43 рисунками. Список литературы содержит 56 наименований.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В условиях исчерпания органического топлива и ужесточения

экологических требований мировая энергетика трансформируется в сторону масштабного использования возобновляемых источников. Солнечная энергетика, как одно из приоритетных направлений, развивается в направлении создания новых конфигураций фотоэлектрических преобразователей, обеспечивающих повышение коэффициента полезного действия, снижение себестоимости и минимизацию массы (для орбитальных применений). Основными ценообразующими факторами при производстве солнечных элементов являются стоимость подложки и энергоемкость технологических процессов.

На сегодняшний день кремниевые солнечные элементы составляют более 90% рынка наземной фотовольтаики, что обусловлено доступностью и практической неисчерпаемостью сырья, высокой степенью развития технологии получения кремниевых пластин, а также удовлетворительной стойкостью кремния к солнечному излучению.

1.1. Солнечные элементы на основе c-Si и a-Si

Кремний (Si) — один из фундаментальных материалов современной электроники и фотовольтаики. Будучи элементом IV группы периодической таблицы, он проявляет свойства типичного полупроводника с уникальными характеристиками, которые определяют его широкое применение.

В кристаллической форме он обладает кубической алмазоподобной решеткой с характерным параметром 0,543 нм, обеспечивающей высокую механическую прочность и анизотропные свойства. Его ключевая электронная характеристика - непрямая запрещенная зона шириной 1,12 эВ при комнатной температуре, что определяет подвижность носителей (1400 см2/Вс для электронов и 450 см2/Вс для дырок) и собственную концентрацию носителей около 1,5* 1010 см-3. Оптические свойства кремния характеризуются высоким

показателем преломления (3,42 для длины волны 1,5 мкм) и сильной зависимостью поглощения от длины волны, с резким возрастанием коэффициента поглощения при энергиях фотонов свыше 3,4 эВ [1].

При этом кремний демонстрирует высокий коэффициент отражения (до 30% без специальных покрытий), что требует применения антибликовых покрытий в солнечных элементах. Его термические свойства включают значительную теплопроводность (150 Вт/мК) и относительно низкий коэффициент теплового расширения (2,6х10-6 К-1), что важно для температурной стабильности устройств, температура плавления кремния 1414 °С. На воздухе кремний мгновенно образует тонкий (1-2 нм) слой естественного оксида SiO2, при этом плотность поверхностных состояний на чистой поверхности достигает 1015 см-2, что может быть уменьшено до 1010 см-2 при правильной пассивации.

Основным способом получения остается метод Чохральского, при котором кристалл постепенно вытягивается из расплава кремния. Этот процесс, хотя и требует значительных энергозатрат (порядка 100 кВтч на килограмм готового продукта), позволяет достигать исключительной чистоты материала 9-11 девяток после запятой (9N-11N) и точного контроля легирующих добавок. Для солнечной энергетики (solar grade, 9N-10N чистоты) пластины диаметром M10 (182 мм) сейчас стоят около 0,25-0,55 долларов за штуку.

Технологическая универсальность кремния проявляется в возможности легирования как n-типа (фосфор, мышьяк), так и p-типа (бор), формировании качественных гетеропереходов. Эти фундаментальные характеристики, сочетающие в себе уникальные электронные, оптические и технологические свойства, делают кремний незаменимым материалом для фотоэлектрических преобразователей.

Аморфная форма кремния (a-Si) отличается от кристаллической отсутствием дальнего порядка и присутствием среднего и ближнего [2].

В полупроводниковых материалах с доминированием ковалентной связи ближний порядок, обусловленный прямым ковалентным взаимодействием, распространяется на первые и частично вторые координационные сферы. Формирование среднего порядка определяется более слабыми взаимодействиями — ван-дер-ваальсовыми и через неподеленные электронные пары — и охватывает атомы, принадлежащие ко второй и координационным сферам.

Отсутствие дальнего порядка в неупорядоченных полупроводниках обусловливает фундаментальное различие в структуре их энергетических зон по сравнению с кристаллическими. Это делает классическую зонную теорию неприменимой в случае аморфных полупроводников.

Согласно эмпирическому правилу предложенному А.Ф. Иоффе, именно ближний порядок определяет полупроводниковые свойства материала и существование в них разрешённых энергетических зон, аналогичных зонам в кристаллах.

В отличие от кристаллов, в аморфных полупроводниках запрещённая зона содержит множество локализованных состояний. Для перехода носителей между этими состояниями требуется значительная энергия активации, что приводит к различию в их подвижности на три порядка и более по сравнению с делокализованными состояниями. Поэтому энергетический интервал от Еу до Ее в аморфных полупроводниках правильнее определять, как щель подвижности. Наличие этой щели, являющейся аналогом запрещённой зоны кристаллов, обусловливает полупроводниковые свойства аморфных материалов. В кристаллических же полупроводниках величины оптической и электронной запрещённых зон совпадают. В аморфных полупроводниках электронный транспорт определяется величиной щели подвижности, в то время как оптические свойства характеризуются оптической щелью. Значение оптической щели обычно на 50-100 мэВ меньше, чем щели подвижности.

Фундаментальное (собственное) поглощение в аморфных полупроводниках играет определяющую роль, поскольку именно оно обусловливает их фотоэлектрические свойства в видимой области спектра, а следовательно, эффективность солнечных элементов и фоточувствительность детекторов на их основе. В отличие от кристаллических аналогов, край полосы поглощения в аморфных материалах, включая гидрогенизированный кремний, не имеет резкого порога и характеризуется экспоненциальной зависимостью коэффициента поглощения (а) от энергии фотона, которая описывается эмпирическим соотношением:

— / ч

а = а0е£о, (11)

где а0 — предэкспоненциальный фактор; Ьи — энергия фотона; Е0 — энергия (параметр) Урбаха.

Вблизи края поглощения доминируют оптические переходы с участием локализованных состояний в хвостах зон. Параметр Урбаха Е0 приближается к E0v (ширина хвоста валентной зоны), причем E0v существенно превышает Е0с (ширину хвоста зоны проводимости).

Внедрение атомов водорода в аморфный кремний (а^:Н) приводит к фундаментальным изменениям структурных и электрофизических свойств материала. Ключевой механизм влияния водорода — сатурация оборванных связей и формирование моно- ^-Н) и дигидридных ^-Н2) конфигураций, которые, уменьшают плотность дефектных состояний в запрещённой зоне, стабилизируют аморфную структуру за счёт снижения внутренних напряжений, модулируют оптические свойства (ширину запрещённой зоны).

Существенное отличие оптических свойств гидрогенизированного аморфного кремния от кристаллического выражается, в частности, в различных значениях оптической ширины запрещенной зоны: 1,7-1,8 эВ для а^:Н и 1,1 эВ для с^. Высокий коэффициент поглощения а^:Н в области энергий фотонов Ьи>1,7 эВ делает этот материал перспективным для

применения в оптоэлектронных устройствах, работающих в видимом диапазоне спектра (1,7-3,0 эВ, что соответствует длинам волн от ~730 нм до ~400 нм). Благодаря этому, даже тонкие плёнки a-Si:H толщиной в несколько микрометров способны полностью поглощать падающее излучение видимого диапазона, что обеспечивает высокую фоточувствительность и эффективное преобразование света в электрические сигналы.

Введение в аморфный кремний приблизительно 10 ат.% водорода приводит к увеличению оптической ширины запрещённой зоны с 1 ,5 эВ (для негидрогенизированного a-Si) до 1,7-1,8 эВ (для a-Si:H). Дальнейшее повышение концентрации водорода до 50 ат.% позволяет расширить запрещённую зону до 2,1 эВ, однако сопровождается дестабилизацией структуры. Нарушается контролируемая пассивация оборванных связей и возрастает плотность дефектных состояний в середине запрещённой зоны.

Аморфный гидрогенизированный кремний (a-Si:H) занял важное место в солнечной энергетике благодаря своей доступной стоимости и исключительной способности поглощать видимый свет. Этот материал открыл возможность создания ультратонких фотоактивных слоев в солнечных элементах.

Эти уникальные характеристики позволили разработать высокоэффективные гетеропереходные структуры a-Si:H/c-Si, демонстрирующие рекордные показатели эффективности среди кремниевых технологий. Однако материал имеет существенный недостаток - повышенную плотность дефектов, вызванную отсутствием кристаллического порядка и наличием нескомпенсированных связей. Это приводит не только к ухудшению начальных фотоэлектрических параметров, но и к их прогрессирующей деградации при длительном световом воздействии.

Однако, такие структуры страдают от эффекта Стаблера-Вронского -светоиндуцированной деградации [3]. Этот феномен был впервые детально описан в 1977 году исследователями Д. Стаблером и К. Вронски, которые

обнаружили, что под продолжительным воздействием солнечного света электрические характеристики a-Si:H существенно ухудшаются.

Под действием света в материале происходит перераспределение атомов водорода и образование новых дефектов — так называемых "плавающих" оборванных связей (dangling bonds). Эти дефекты выступают в роли рекомбинационных центров, захватывая свободные носители заряда (электроны и дырки) и снижая их подвижность. В результате фотоэлектрические параметры солнечного элемента, такие как коэффициент полезного действия (КПД), напряжение холостого хода и коэффициент заполнения, могут ухудшиться на 10-30% от первоначальных значений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Максимова Алина Андреевна, 2026 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вольф Х.Ф. Данные по кремниевым полупроводникам. - Л.: Наука,

1972. - 215 с.

2. Физика гидрогенизированного аморфного кремния: Вып. I / Под. ред. Дж. Джоунопулуса, Дж. Люковски. М.: Мир, 1987. 363 с.)

3. Staebler, D. L., & Wronski, C. R. (1977). "Reversible conductivity changes in discharge-produced amorphous Si". Applied Physics Letters, 31(4), 292294

4. Green, M.A. (1982). "Solar Cells: Operating Principles, Technology and System Applications". Prentice-Hall

5. 27.6% Conversion efficiency, a new record for single-junction solar cells under 1 sun illumination. / Kayes B.M., Nie H., Twist R., Spruytte S.G., Reinhardt F., Kizilyalli I.C., Higashi G.S. // Proceedings of the 37th IEEE Photovoltaic Specialists Conference. — 2011. — P. 000004- 000008

6. France, R. M., Geisz, J. F., Song, T., Olavarria, W., Young, M., Kibbler, A., & Steiner, M. A. (2022). Triple-junction solar cells with 39.5% terrestrial and 34.2% space efficiency enabled by thick quantum well superlattices. In Joule (Vol. 6, Issue 5, pp. 1121-1135). Elsevier BV. https://doi.org/10.1016/i.ioule.2022.04.024

7. A3B5 COMPOUND SEMICONDUCTOR DEVICES. (1995). В Best of Soviet Semiconductor Physics and Technology (1989 - 1990) (сс. 511-584). WORLD SCIENTIFIC. https://doi.org/10.1142/9789812832016 0005

8. Schleuning, M., Ahmet, I. Y., van de Krol, R., & May, M. M. (2022). The role of selective contacts and built-in field for charge separation and transport in photoelectrochemical devices. Sustainable Energy &amp; Fuels, 6(16), 37013716. https://doi.org/10.1039/d2se00562j

9. Brendel, R. and R. Peibst, IEEE Journal of Photovoltaics 6, 1413-1420 (2016).

10. Wurfel, U., A. Cuevas, and P. Wurfel, IEEE Journal of Photovoltaics 5, 461-469 (2015)

11. Zhao, J.H., A.H. Wang, and M.A. Green, Progress in Photovoltaics 7, 471-474 (1999)

12. Macco, B., B.W.H. van de Loo, and W.M.M. Kessels, Atomic Layer Deposition for High Efficiency Crystalline Silicon Solar Cells, in Atomic Layer Deposition in Energy Conversion Applications, J. Bachmann, Editor. 2016, Willey.

13. Stradins, P., S. Essig, W. Nemeth, B.G. Lee, D. Young, A. Norman, Y.Y. Liu, J.W. Luo, E. Warren, A. Dameron, V. LaSalvia, M. Page, A. Rohatgi, A. Udaphyaya, B. Rounsaville, Y.W. Ok, S. Glunz, J. Benick, F. Feldman, and M. Hermle. "Passivated Tunneling Contacts to N-Type Wafer Silicon and Their Implementation into High Performance Solar Cells", WCPEC-6 proceedings, edited by 2014), pp.

14. Yoshikawa, K., H. Kawasaki, W. Yoshida, T. Irie, K. Konishi, K. Nakano, T. Uto, D. Adachi, M. Kanematsu, H. Uzu, and K. Yamamoto, Nature Energy 2, 17032 (2017)

15. J. Haschke, O. Dupre, M. Boccard, and C. Ballif, "Silicon heterojunction solar cells: Recent technological development and practical aspects-from lab to industry," Sol. Energy Mater. Sol. Cells 187, 140-153 (2018).https://doi.org/10.1016/j.solmat.2018.07.018

16. H. Yu , K. Yao and Z. Liu , Solid State Commun., 2005, 135 , 124 —

12

17. H. Katayama-Yoshida and K. Sato , Physica B, 2003, 327 , 337 —343 Y. Zhang , W. Liu and H. Niu , Solid State Commun., 2008, 145 , 590 —593

18. Y. Saeed , A. Shaukat , S. Nazir , N. Ikram and H. A. Reshak , J. Solid State Chem., 2010, 183 , 242 —249 Y. Zhang J. Magn. Magn. Mater., 2013, 342 , 35 —37

19. P. Liang , Y. Liu , X. Hu , L. Wang , Q. Dong and X. Jing , J. Magn. Magn. Mater., 2014, 355 , 295 —299

20. M. Merabet , D. Rached , S. Benalia , A. H. Reshak , N. Bettahar , H. Righi , H. Baltache , F. Soyalp and M. Labair , Superlattices Microstruct., 2014, 65 , 195 —205

21. Z. Yan , H. Wu and R. Zheng , Comput. Mater. Sci., 2015, 99 , 16 —

20

22. Kumashiro, Y.; Hirabayashi, M.; Takagi, S. (1989). Boron Phosphide as a Refractory Semiconductor. MRS Proceedings, 162(), 585-. doi:10.1557/proc-162-585

23. Wu, Q., Wu, J., Xu, M., Liu, Y., Tian, Q., Hou, C., & Tai, G. (2025). Boron Phosphide: A Comprehensive Overview of Structures, Properties, Synthesis, and Functional Applications. Nanomaterials, 15(9), 654. https://doi.org/10.3390/nano15090654

24. Monachan, B. C., Morrison, A. D., Waddell, E. M., Gibson, D. R., Wilson, S. A. D., & Lewis, K. L. (1992). Boron phosphide IR coatings. In R. P. Shimshock (Ed.), SPIE Proceedings (Vol. 10261, p. 1026107). Critical Review Collection. SPIE. https://doi.org/10.1117/12.58691

25. E. García-Tabarés, J.A. Carlin, T.J. Grassman, D. Martín, I. Rey-Stolle, S.A. Ringel, Prog. Photovoltaics Res. Appl. 24, 634 (2016).

26. R. Varache, M. Darnon, M. Descazeaux, M. Martin, T. Baron, D. Muñoz, Energy Procedia 77, 493 (2015).

27. L. Ding, C. Zhang, T.U. Norland, N. Faleev, C. Honsberg, M.I. Bertoni, Energy Procedia 92, 617 (2016). 10.1016/j.egypro.2016.07.027.

28. Uvarov A. V., Gudovskikh A. S., Nevedomskiy V. N., Baranov A. I., Kudryashov D. A., Morozov I. A., Kleider J. P. Low temperature epitaxial growth of GaP on Si by atomic-layer deposition with plasma activation // Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 53(34), 2020.

29. George, S.M., Chemical Reviews 110, 111-131 (2010).

30. Hoex, B., J. Schmidt, P. Pohl, M.C.M. van de Sanden, and W.M.M. Kessels, Journal of Applied Physics 104, 12 (2008), Dingemans, G. and W.M.M. Kessels, Journal of Vacuum Science & Technology A 30, 40802 (2012).

31. Liao, B.C., B. Hoex, A.G. Aberle, D.Z. Chi, and C.S. Bhatia, Applied Physics Letters 104, 253903 (2014).

32. Yang, X.B., Q.Y. Bi, H. Ali, K. Davis, W.V. Schoenfeld, and K. Weber, Advanced Materials 28, 5891 (2016).

33. M. Leskela, M. Ritala, Thin Solid Films 409, 138 (2002).

34. S. Yun, C.-H. Kuo, P.-C. Lee, S.T. Ueda, V. Wang, H. Kashyap, A.J. Mcleod, Z. Zhang, Ch.H. Winter, A.C. Kummel, Plasma enhanced atomic layer deposition of crystallized gallium phosphide on Si with tri-Ethylgallium and tri-tert-Butylphosphine // Applied Surface Science 619 (2023) 156727.

35. Egerton, R. F. (2005) Physical principles of electron microscopy: an introduction to TEM, SEM, and AEM. Springer, 202.

36. Verbeeck, J., Hens, S., Potapov, P., & Schryvers, D. (2005). ELECTRON ENERGY LOSS SPECTROMETRY. In Encyclopedia of Analytical Science (pp. 324-331). Elsevier. https://doi.org/10.1016/b0-12-369397-7/00605-1

37. Swanepoel, R. (1983). Determination of the thickness and optical constants of amorphous silicon. Journal of Physics E: Scientific Instruments, 16(12), 1214-1222. https://doi.org/10.1088/0022-3735/16/12/023).

38. Tauc, J.; Grigorovici, R.; Vancu, A. Optical Properties and Electronic Structure of Amorphous Germanium. Phys. Status Solidi B 1966, 15 (2), 627-637.

39. Shockley W, Read WT. Statistics of the Recombinations of Holes and Electrons. // Physical Review. 1952 ;87:835

40. Зи С., Физика полупроводниковых приборов - М, «Мир», 1984 г., т.2 - 455 стр. [Пер. с англ,: S.M. Sze. Physics of Semiconductor Devices (John Wiley & Sons, 1981).

41. Admittance spectroscopy of impurity levels in Schottky barriers. / Losee D.L. // J. Appl. Phys. — 1975. — Vol. 46, no. 5. — P. 2204-2214.

42. Determination of defect distributions from admittance measurements and application to Cu(In,Ga)Se 2 based heterojunctions. / Walter T., Herberholz R., Müller C., Schock H.W. // J. Appl. Phys. — 1996. — Vol. 80, no. 8. — P. 44114420.

43. Christensen N E. Dipole effects and band offsets at semiconductor interfaces// Phys Rev B, 1988, Vol. 37(9), P.

44. Hu Y Y, et al. Direct calculations on the band offsets of large-lattice-mismatched and heterovalent Si and III-V semiconductors// J. Semicond., 2021, Vol. 42, P. 112102

45. Nagao S. et al. Type-II photoluminescence from GaP/AlP/GaP quantum wells// J. Appl. Phys. 1997, Vol. 81, P. 1417-1421

46. Gudovskikh A.S. et al., J. Renew. Sustain. Energy, 2018. Vol. 10, P. 021001

47. Forrest S.R., Measurement of energy band offsets using capacitance and current measurement techniques, in: Heterojunction Band Discontinuities: Physics and Device Applications, Elsevier, 1987: p. 311

48. Christensen N E. Dipole effects and band offsets at semiconductor interfaces// Phys Rev B, 1988, Vol. 37(9), P. 4 10. Hu Y Y, et al. Direct calculations on the band offsets of large-lattice-mismatched and heterovalent Si and III-V semiconductors// J. Semicond., 2021, Vol. 42, P. 112102

49. S. W. King, M. French, M. Jaehnig, M. Kuhn, and G. Xu, ECS J. Solid State Sci. Technol. 1, 250 (2012). https://doi.org/10.1149/2.007206jss

50. H. Wagner, T. Ohrdes, A. Dastgheib-Shirazi, B. Puthen-Veettil, D. König, and P. P. Altermatt, J. Appl. Phys. 115, 044508 (2014). https://doi.org/10.1063/1.4863464

51. Gudovskikh, A. S., Kudryashov, D. A., Baranov, A. I., Uvarov, A. V., & Morozov, I. A. (2021). A Selective BP/Si Contact Formed by Low-Temperature Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition. Technical Physics Letters, 47(1), 9698. https://doi.org/10.1134/s1063785021010211

127

52. Neuberger, M. III-V Semiconducting Compounds; Springer US, 1971. https://doi.org/10.1007/978-1-4615-9606-6.

53. V.L. Solozhenko, O.O. Kurakevych, Y. Le Godec, A. V. Kurnosov, A.R. Oganov, Boron phosphide under pressure: In situ study by Raman scattering and X-ray diffraction, J. Appl. Phys. (2014).

54. L. Bokobza, J.-L. Bruneel, M. Couzi, Raman Spectra of Carbon-Based Materials (from Graphite to Carbon Black) and of Some Silicone Composites, C. (2015).

55. Баранов А. И. и др. Спектроскопия полной проводимости гетероструктур фосфида бора на кремниевых подложках, полученных методом плазмохимического осаждения // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. 2024. Т. 17. С. 17-24. DOI: https://doi.org/10.18721/JPM.17302.

56. Vtorygin G.E., Baranov A.I., Uvarov A.V., Maksimova A.A., Vyacheslavova E.A., Capacitance-voltage characterization of BP layers grown by PECVD mode, St. Petersburg State Polytechnical University Journal. Physics and Mathematics. 16 (3.1) (2023) 473-478. DOI: https://doi.org/10.18721/JPM.163.187