Amorficzny krzem jest półprzewodnikiem z prostą przerwą optyczną i pomimo że jest ona relatywnie szeroka (ok. 1,8 eV), to materiał ten absorbuje większą część widma słonecznego (więcej niż krzem krystaliczny).
Wyniki przedstawione w pracy są efektem badań dotyczących amorficznych warstw krzemowych a-Si:H, zawierających wodór. Warstwy osadzane były na monokrystalicznym krzemie Si(001) z zastosowaniem metody chemicznego osadzania z fazy gazowej ze wspomaganiem plazmy (PACVD - ang. Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition). Proces prowadzono w układzie RF PACVD, w którym plazma generowana jest falami o częstości radiowej 13,56 MHz. Badano wpływ temperatury na przebieg procesu i właściwości otrzymanego materiału.
Zebrane wyniki potwierdzają, że temperatura jest ważnym parametrem technologicznym, od którego zależą parametry użytkowe warstw a-Si:H. Otrzymanie dobrej jakości warstw a-Si:H uwarunkowane jest również optymalnym doborem pozostałych parametrów procesu: ciśnienia w komorze reakcyjnej, przepływu gazów i mocy generatora plazmy.
Wykonane badania pozwoliły sformułować następujące wnioski:
• Warstwy a-Si:H są bardziej hydrofobowe od monokrystalicznego krzemu, co jest korzystne w aspekcie zastosowań w ogniwach słonecznych.
• Warstwy otrzymane w różnych temperaturach różnią się grubością, poziomem chropowatości powierzchni, zawartością wodoru, jednak obserwowane różnice są niewielkie. Największe różnice dotyczą parametrów optycznych: przerwy optycznej, dyspersji
współczynników załamania i ekstynkcji),
• Warstwy otrzymane w temperaturze 350 °C mają najniższą chropowatość powierzchni. Dotyczy to zarówno chropowatości w skali mikrometrów jak i nanometrów.
• Najmniejszą zawartość wodoru mają warstwy otrzymane w 150 i 300 °C; ilość wodoru nie przekracza 6 % at.
• Wszystkie warstwy są stabilne cieplnie. W podwyższonej temperaturze (300 °C) mają te same parametry optyczne, co w temperaturze pokojowej. Jedyne różnice dotyczą zakresu podczerwieni, co należy wiązać z aktywacją przejść oscylacyjnych. Po schłodzeniu próbki różnice znikają. • Pomimo, że otrzymane warstwy zawierają tlen (ok. 10 % at.), to
wykonane badania dowodzą, że stanowią one atrakcyjny materiał dla fotowoltaiki, a projektowanie tego typu warstw musi uwzględniać temperaturę jako ważny parametr technologiczny.
Functional silicon layers for solar cells
Amorphous silicon is a semiconductor with a simple optical gap and although it is relatively wide (about 1,8 eV) the material absorbs greater part of the solar spectrum (more than crystalline silicon).
The results of the present work concern amorphous hydrogenated silicon layers a-Si:H. The layers were formed on monocrystalline silicon wafers Si(001) by plasma Assisted Chemical Vapour Deposition. The process was conducted in the RFCVD reactor in which chemaical reactions are excited by plasma generated by radio-frequency waves, 13,56 MHz. The effect of the temperature on the processing course and the properties of the obtained materials were studied.
The obtained results confirm that temperature is an important parameter which determines the performance of the material but the layers of high quality can be obtained provided optimal choice of other technological parameters, including: pressure and flow of the gases, and plasma generator power.
The investigations have allowed formulating following conclusions: The a-Si:H layers are more hydrophobic than monocrystalline silicon
which is advantageous for applications in solar cells.
The layers deposited at various temperatures have various thicknesses and hey contain various quantities of hydrogen but the differences are insignificant. The main differences are in optical parameters (optical gap, dispersion of refraction and extinction coefficients).
The have the lowest roughness in the micro- and nanometer scales. The layers deposited at 150 and 300 °C contain least hydrogen. It does
not exceed 6 at %. All layers are thermally stable. Their optical parameters are the same at elevated temperature (300 °C) as at room temperature. The only differences have been found in the infrared range which is due to activity of vibrations. After cooling all differences disappear.
The results show that despite the fact that the layers contain oxygen, they are attractive material for photovoltaics. In the design of such layers The processing temperature is an important technological parameter which must be considered in the design of a-Si:H layers.
