А.Д. Маслов – мл. науч. сотрудник,  кафедра «Микро- и наноэлектроника», Рязанский государственный радиотехнический университет им. В.Ф. Уткина E-mail: Maslov.a.d@mail.ru

Н.В. Вишняков – к.т.н., доцент,  кафедра «Микро- и наноэлектроника», Рязанский государственный радиотехнический университет им. В.Ф. Уткина E-mail: rcpm-rgrtu@yandex.ru; rcpm@rsreu.ru

Постановка проблемы. На эффективность преобразования солнечной энергии оказывают влияние рекомбинационные потери в активных и квазинейтральных областях многослойной гетероструктуры HIT. Возможность определения локализации центров рекомбинации в каждом слое HIT открывает перспективы создания нового диагностического метода контроля качества выполнения технологических операций при формировании активных слоев гетероструктурного фотопреобразователя.

Цель. Разработать метод определения скоростей рекомбинации в активных слоях СЭ на основе гетероперехода аморфный/кристаллический кремний для оценки качества выполнения технологических и технических операций формирования каждого активного слоя в СЭ типа HIT.

Результаты. Предложен метод определения скоростей рекомбинации в активных областях и на границах раздела в гетероструктуре солнечного элемента на основе аморфного и кристаллического кремния (HIT). Метод основан на экспериментальном определении зависимости напряжения холостого хода от интенсивности света и температуры в HIT-элементе, а также решении уравнения непрерывности в стационарных условиях. Для экспериментального исследования HIT-элемента разработан программно-аппаратный комплекс, позволяющий реализовать измерения вольт-амперных (ВАХ) и вольт-фарадных (ВФХ) характеристик, их температурных и световых зависимостей. В качестве метода контроля рекомбинационных центров выбрана релаксационная спектроскопия глубоких уровней (РСГУ). Для определения пространственной локализации рекомбинационных центров при помощи разработанного метода необходимо выполнить последовательность экспериментальных и расчетных процедур, к которым относятся экспериментальное определение ширины области пространственного заряда, концентрации легирующей примеси и неравновесных носителей заряда, зависимости напряжения холостого хода от температуры, расчет зависимости средней скорости генерации носителей заряда от напряжения холостого хода. Полученные экспериментальные и расчетные данные позволяют рассчитать скорости рекомбинации в активных областях HIT-структуры. На основании анализа данных РСГУ и скоростей рекомбинации в тестовой HIT-структуре сделаны выводы о локализации рекомбинационных центров в ОПЗ гетероперехода аморфный/кристаллический кремний.

Практическая значимость. Предложенный метод позволяет определить локализацию доминирующих рекомбинационных центров в активных слоях HIT-структуры, снижающих эффективность СЭ, и выработать технологические и технические рекомендации по корректировке конструкции и технологии гетероструктуры.

1. Global renewable energy consumption over the long-run. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ourworldindata.org/renewable-energy [08.09.2019].
2. Список солнечных электростанций России. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Список_солнечных_электростанций_России [08.09.2019].
3. Технология производства гетероструктурных солнечных элементов. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.hevelsolar.com/process-proizvodstva/ [08.09.2019].
4. Фаренбрух А., Бьюб Р. Солнечные элементы: Теория и эксперимент: Пер. с англ. / Под ред. М.М. Колтуна. М.: Энергоатомиздат. 1987. 280 с.
5. Павлов Л.П. Методы измерения параметров полупроводниковых материалов: Учебник для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Высшая школа. 1987. 239 с.
6. Arafat, Yeasir°&°Mohammedy, Farseem°&°Hassan, Shahidul. Optical and Other Measurement Techniques of Carrier Lifetime in Semiconductors // International Journal of Optoelectronic Engineering. 2012. 2. 5-11. DOI:10.5923/j.ijoe.20120202.02.
7. Poindexter, Jeremy°&°Barnard, Edward°&°Kurchin, Rachel°&°Buonassisi, Tonio. Charge-carrier lifetime measurements in earlystage photovoltaic materials: intuition, uncertainties, and opportunities // 2018. arXiv:1805.05832 [cond-mat.mtrl-sci].
8. Sachit°Grover, Jian V.°Li, David L.°Young, Paul°Stradins, Howard M.°Branz. Reformulation of solar cell physics to facilitate experimental separation of recombination pathways // Appl. Phys. Lett. 2013. 103, 093502. DOI:10.1063/1.4819728.
9. Sara°Olibet, Evelyne°Vallat-Sauvain, Christophe°Ballif. Model for a-Si:H/c-Si interface recombination based on the amphoteric nature of silicon dangling bonds // PHYSICAL REVIEW B. 2007. 76, 035326. DOI: 10.1103/PhysRevB.76.035326.
10. Maslov A.D., Litvinov V.G., Ermachikhin A.V. The measuring systems of semiconductor structures and its software // Proceeding of the 2015 International Siberian conference on control and communications (SIBCON). Omsk (Russia): Omsk State Technical University. 21−23 May 2015. DOI: 10.1109/SIBCON.2015.7147318.
11. Вишняков Н.В., Воробьев Ю.В., Гудзев В.В., Ермачихин А.В., Кусакин Д.С., Литвинов В.Г., Маслов А.Д., Мишустин В.Г., Толкач Н.М., Холомина Т.А.Развитие методов исследования полупроводниковых материалов и приборных структур микро- и наноэлектроники // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2017. № 2 (60). С. 164−170.
12. Maslov A.D., Vishnyakov N.V., Vikhrov S.P., Gudzev V.V., Ermachikhin A.V., Shilina D.V., Litvinov V.G., Mishustin V.G., Terukov E.I., Titov A.S. Study of deep levels in a HIT solar cell // Semiconductors. V. 52. № 7. P. 926−930. DOI: 10.1134/S1063782618070254.
13. Кусакин Д.С., Литвинов В.Г., Рыбин Н.Б., Литвинова В.С., Щелушкин В.Н., Худыш А.И. Локальное исследование C-V- характеристик солнечного элемента на основе p-Si с модифицированной поверхностью // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2017. № 3 (61). С. 137−142. DOI: 10.21667/1995-4565-2017-61-3-137-142.
14. Вихров С.П., Вишняков Н.В., Маслов А.Д., Мишустин В.Г., Романов А.Г. Измерение распределения встроенных электрических полей в полупроводниковых барьерных структурах // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2018. № 4 (66). С. 23−29. DOI: 10.21667/1995-4565-2018-66-4-2-23-29.