Исследование концентраторных солнечных элементов и высоковольтные фотопреобразователи на основе GaAs — AlGaAs тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

рг Б ОД

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН НПО «ФИЗИКА-СОЛНЦЕ» им. С. А. АЗИМОВА ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. С. В. СТАРОДУБЦЕВА

На правах рукописи

КУТЛИМРАТОВ Александр

ИССЛЕДОВАНИЕ КОНЦЕНТРАТОРНЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА ОСНОВЕ ОаАв — АЮаАв

(специальность 01.04.10 — физика полупроводников и диэлектриков)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ТАШКЕНТ —1994

Работа выполнена в физико-техническом институте им С. В. Стародубцева НПО «Физика — Солнце» им. С. А. Азимова АН РУз

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук, с. н. с. Ф. А. АХМЕДОВ.

доктор технических наук, профессор В. М. АНДРЕЕВ, кандидат физико-математических наук, доцент X. К. АРИПОВ.

Ведущая организация: кафедра физики полупроводников и диэлектриков физического факультета Ташкентского Госуниверситета.

на заседании специализированного совета Д-015.08.21 при Физико-техническом институте им. С. В. Стародубцева НПО «Физика — Солнце» им. С. А. Азимова АН РУз. 700084, г. Ташкент, ул. Г. Мавляиова, 2 Б, ФТИ НПО «Физика — Солнце» АН РУз.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке АН РУз.

Официальные оппоненты:

Защита состоится

1994 г. в .

часов

Автореферат разослан « . .

. 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность теш. В последнее время сильно возрос интерес разработчиков СЭ к ерспниду галлия (СаАз) и твердым растворам на его основе. Так как йаАэ благодаря оптимальной ширине запрещенной зоны является самым подходящим полупроводниковым материалом для создания СЭ с высокими значениями КПД преобразования солнечной энергия. Рекордные значения КПД преобразования солнечной знзргпи достигнуты на основе гетероструктур тз система ОаЛз - АЮаАз полученных жидкофазной эпитаксией. Фотопреобра-зоваяио и изгоч-озлонот СЗ на основе гетеропереходов б системе ОаАа ■ АЮаАз и их исследовании посвящены ряд научных трудов. Однако, несмотря на такое обилие работ посвященных создании высокоэффективных СЭ, все еще э этом направлении остается ряд вопросов не решенных до конца. Например: 8) еще экспериментально не достигнув теоретический предел КПД преобразования солнечного излучения;-' б) воспроизводимость изготавления СЭ находятся на низком уровне; в) считается недостаточным исследования в облзстп разработки высоковольтных фотопреобразователей (ВФП) с высоким выходным напряжением отвечающим потребительским опросам и т.д. Исходя из вышеизложенных соображений можно сказать, что выбранная тема диссертационной работы является актуальной.

Целый настоящей работы является: исследование структур фо-•1ч').трообразователой на основе гетеросистеш СаАз - А1СаАз подученных вддкофазной апитаксией (КФЭ); определение причин ухудшения их фотоэлектрических характеристик; разработка ■ оригинальных коЕьтругШий (Сонц8лт];аторнах, каскадных и высоковольтных ФП нэ основе гетеропереходов в системе СаАэ -- МСоАб и технологии, получения атот структур с улучщенными выходными параметрами -и высокой воспроизводимость». •

Научная новизна. Экспериментально показано, что -.главным виновником ухудшения характеристик СЭ являются "микрозроколн" образующиеся в эиятаксияльно выращенных слоях СаАз и АШл^з. Впервые в работе предложен способ предотвращения отрицатель:го влияния этих "микропроколов" на характеристики СЭ методом термической обработки в атмосфере паров цинка (2п) структур полученных «идкофазной зпитаксией парад нанесением металла омичео-кого коптакта. Предложена технология получения структур СЭ путем совмещения технологии НФЭ шращивяниг слоев структур" с

газофазной диффузией цинка (гп). Том самым решен и вопрос создания сильнолегированной р+-области, позволяющей: получения омических контактов с низкими значениями сопротивления перехода мотялл-полупроводаик, уменьшения сопротивлении растекания эмит-терпого слоя, а текке предотвращения участков закорачивания р-п-перезода металлом омического контакта в местах образования "мшс-ропроколов" п апитаксиально вырожденных слога структур СЭ.

Впервые в работе приведена оригинальная конструкция трех-каскадпого ФП (КФП) полученного в■монолитном виде с внутри-кристяллпческим параллельным соединением элементов каскада в система СаЛз - АЗСаЛз.

Впервые разработаны и предложены несколько конструкций высоковольтных ФП получаемых в монолитном виде на полуизолпрупцеЯ подлозше СаАз с удельным сопротивлением р = 10°0м.см. Предложены оригинальные конструкции 6-ти и 12-ти элементных МП с горизонтальными р-н- переходами а таюто 8-ми элементного оригинального миниатюрного ВФП (МВФП).

Таким образом, кз полученных результатов исследований можно выделить елвдувдиа как ооладоеш^е научной новизной:

- выявлена одна из главна* причин ухудшения фотоэлектричес ких характеристик СЭ полученных методом КФЗ,

- найден способ предотвращения шунтирования металлом ош-ческого контакта путем создания сильнолвгированного зацидавдо-го р+- слоя;

- предложено и экспериментально доказано улучшение сбора фотогенерировинных ННЗ созданием тыльного готеропотонциального барьера;

- разработана оригинальная конструкция и технология получения с большой воспроизводимостью структуры трехкаскадного ФП (КФП).

- предеттана и экспериментально доказана преимущества па-раллолыюго соединения элементов каскада и показан способ г.юж-р;лтоитпого внутрииртлст8лличоского параллельного соединения;

- выявлена одна из причин низкого значения выходных пара-литров высоковольтных ФП (ВФП) и доказана что ею является на-личю хрома в подяохвчном материале и прэдаеяен способ предотвращения влияния хрома выращиванием слоя твердого раствора

А10 2Са0 еАз мшкду подложной и базовым слоем;

Практическая ценность полученных резул7>татов определяется следующими:

- разработанная технология улучшения выходных параметров структур методом тврмообрабопш в атшсфврв паров цинка (гп) благодаря высок»™ значениям воспроизводимости является приемлемой для массового производства СЭ;

- разработанная конструкция СЭ с тыльным шотшшнм гетеро-потенциальным барьером и углубленные р-п- переходами в под-контактной области является болов устойчивой к термоциклирова-ниям и в тс;ю время обладает относительно высокой чувствительностью в коротковолновой области спектральной характеристики;

- разработанные конструкции высоковольтных ФП могут бить использованы кок в качестве автономных источников питания к микрсмопцшй потребителям при единичном солнечном излучении так и фотоприеюшков в электронных приборах, а в случае освещения относительно высоки® концентрациям излучения ( до 50 крат) мотать быть использована в качестве источника анергии для определенного класса бытовых радиоаппаратур;

- результаты исследований могут быть успешно применены для дальнейших исследований в области разработки ФП а таюш при производстве ФП.

Осиовгае защэщаеше пологехшл:

1. .Установлено, что при выращивании структур СЭ методом }£ФЭ на кирокорпопространенних подложсах йакз в обьоые выращиваема плошга образуются макроскопические "проколы". Размеры этих "проколов" колеблятся в пределах от единиц до нескольких десятков {.гол и они образуется на кастах выхода кинрсислачокий второй фазы (галлия) импишогосл в объеме подложечного материала на поверхность подложки. Это приводит к увеличении обратных токов утечки и дахе шунти] юванию р-п- парохода в местах попадания металла омического контакта на ати "микропроколы" и в результате чего сни>г.яются основше выходило характеристики, следовательно и воспроизводимость получения СЭ катодом ЙФЭ.

2. Способом термической обработки при относительно низких температурах п атмосфере паров цинка №) достигается улучшения выходных параметров и воспроизводимости изготовлвгия структур СЭ

получаемых методом КФЭ. В результате термического воздействия в атмосфере паров цинка (гп) на структуры СЭ происходит термодиффузия атомов цинка в глубь структуры по всей поверхности образца в том числе и в стенки ямки "прокола". Тем самым образуется сильнолегированный р+-СаАз слой защищающий р-п- переход выходящий в эти ямки от закорачивания металлом омического контакта.

3. Установлено, что фронт диффузии цинка не является строго ступенчатым, т.е. резким как было сказано в некоторых источниках. Выявлена, что ата "резкость" относительна и глубина залегания р-п- перехода получаемого диффузией цинка из газовой фазы зависит от уровня легирования слоя куда диффундаруотся атомы цинка (2п) и является функцией времени как •[?, что хорошо согласуется с литературными данными.

4. Углубление р-п- переходов в подконтактной области методом термодиффузии цинка из газовой фазы позволяет: 1 Отдаление металла омического контакта от р-п-перехода и тем саьшм обеспечение надежности от вероятности Шунтирования р-п- перехода металлом омического контакта; 2) создание сильнолегированного р+ЧЗаАз слоя позволяющего снижение сопротивления расстекания; 3) сншюние переходного сопротивления металл-полупроводник одновременно сохраняя чувствительность в коротковолновой области спектральной характеристики.

5. Применение совмещенной технологии ЖФЭ с газофазной диффузией цинка (2п) упрощает получение внутрикристаллического мея-елвментного параллельного соединения. Конструкционное и технологическое решение йарал^льной коммутации элементов каскада (р-п-переходов) намного упрощает технологию получения структур и позволяет' решить проблему коммутации отдельных элементов в каскад-вый ФП.

6. Для структур КФП с параллельно соединенными элементами является ввобьязательным жесткая оптимизация каскадов да .токам короткого замыкания 1кз отдельных элементов, что является обязательным для КФП с последовательно соединенными элементами.

7. Установлено, что причиной низких значений выходных параметров выходных параметров высоковольтных ФП, полученных на подуизолирувдих подложках легированных хромом является проникнете;?™ хрома в выращиваемые слои во время' продеоса ЖФЭ. Созданием

тыльного изотопного гетеропотенциального барьера для неосновных посителей звряда (ННЗ) из твердого раствора Al0 2Gn0 8Аз толщиной 1,5-2,0 мкм, добывается стстения влияния подло:этчного материала на фотоэлектрические свойства ВФП.

0. Вертикальное расположенно р-n- перехода позволяет получить ВФП с малыми размерами и высоким удельным выходным напряжением.

Апробация работы:

По материалам диссертационной работа опубликованы 10 работ список которых приводится в конце автореферата (из них 6 научные статьи и 4 тезисы докладов), материалу докладывались и обсуждались на слздувдих научных форумах:

1) мездународпой конференции "Photovoltaic and optoelectronic processes, Bucharest, July 4-7, 1904;

2) II - Все сошной конференции по возобновляешь псточштхря энергий. г.Ереван, 1985г;

3) конкурсе молодых ученых НПО ."Физика - Солнца АН Уз ССР, 1988г;

4) 9-ой Мевдувародпой совощании по фотоэлектрическим и оптическим явлениям в твердом теле, г.Варна, май 19о9г;

5) всесошной конференции по фотоэлектрическим явлениям в пагупроводникях, г.Тзжонт, 1989т;

6) объединенном семинара "Физика полупроводников п диэлокт-рг.соз'' ФТИ НПО Чтсика - Солнце" им. С. А.Ляп?,юзо АН РоГз, 1993г.--

Структура п с-бьг« работы, Диссертация состоит пз введения, четырех глав, заш-ячопия а основных выводов, списка литературы. Общий объем работа составляет 146 страниц, из них 90 страниц машинописного текста в том число 3 таблица на 5 страницах, '13 рисунков на 40 страницах и список литературы из ЮТ наименований па 13 страницах.

Осисеноз содерззпиэ работа:

Во вЕэдекгта обоснована актуальность тзш диссертационной работы, сформулировали цель и основные задачи исследования, ои-родолоны научная новизна и пра1стическая ценность подученных результатов., Перечислены основные научные полсспгяпя внпосикыв па зазщту.

Парзал 1'Лпря диссертационной работа представляет собой об-

зор работ посвященных фотоэлектрическому преобразовании солнечной энергии. Кратко описан механизм преобразования солнечной энергии полупроводниковый солнечными элементами (СЭ) к основные характеристики СЭ полученных на основе гетеропереходов в системе СаАз - ¿К5аАз. •

Вторая глава диссертационной работы посвящена описа:пи технологических методов изготовления ФЛ на основе гетеросистега СаЛя - А1СаАз.

В 2.1. Рассматривается технология получения структур СЗ методом КФЭ. Описываются работа с кассетами "пенального" и "пе-нально-поршневого" типа, перечисляются пх преимущества и недостатки. В этом параграфе описана технологическая установка КФЭ выращивания слоев структуры СЭ.

Параграф 2.2. посвящен способу формирования р-п- перегода методом газофазной диффузии цинка №). Здесь описываются некоторые преимущества катода газофазной диффузии перед другими /методами фондирования р-п- переходов и приводится конструкция специально сконструированной кассета для проведения диффузии гп, созданной квазизамкнутую'систему. Приводятся в обсуэдаютсл экспериментально полеченные результаты.

Третья глава диссертационной работа посвящена разработке, изготовлению и исследованию коицептраторных и каскадных солнечных элементов в - системе СаАз .- АЮаАз.

В 3.1 описываются проблема возникающие в создании высокоэффективных солнечных элементов предназначенных для преобразования концентрированного солнечного излучения. Одной из проблем является совмещение в одном приборе широкой области спектральной чувствительности и низкого внутреннего сопротивления, что приводит к усло:знеккз конструкции и технологии получения та1шх структур. Решение зчсй проблей показано в 3.1.1 где описывается конструкция СЭ с талъпнм кзотгашнм геторопотенциальным барьером; технология его изготовления; а таккз результаты исследования такой структуры и основные сксшргыентельно полученные виходннв параметра.

В 3.2 приводятся технологические особенности получения СЭ с улучгцзшюй чувствительностью в коротковолновой области спектральной характеристики. Это достигается утонщениэм строка-

зонного "окна" и вмиттерного слоя. Однако, утонщение верхних слоев приводит к увеличению вероятности шунтирования р-n- перехода металлом омического контакта. В атом разделе приводятся экспериментальные данные результатов исследований пленок выращенных методом НФЭ, показывающие причину иунтирования и появления токов утечек.

В 3.2.2 предложен способ решения проблемы предотвращения шунтирования р-n- перехода металлом омического контакта, путем термической обработки в атмосфере паров цинка структур СЭ выращенных методом кфэ перед нанесением металла омического контакта. СЭ прошедшио термообработку показали результата: = 21,2 -21,3 мА/см2

В 3.2.3 прэдло:гена более устойчивая структура СЭ к тэрмо-цаклированип относительно высотогл темпзрзтурзмл в условиях эксплуатации, это достигнуто углубленном р-n- переходов в под-контактной области. Углубление р-n- пзрэхода осуществлено термодиффузией пинка (Zn) гз газовой фггц з канавки под омические контакты. Приведена тегнологая получения и оспозныв результата исслвдований «гетясс структур. Тагегэ приведено сошйстзо ВАХ ш-лучвнное при ур^ттят гонцэнтрмют солнечного излучения Кс-ЗС5; =497; =810 и 985.

в 3.3 описйяя метод» получения кзспадпнх ФП (коп). ОСсуз-twwiw«? гят-? rr ко:.:ц ссобвидосаи. .

В 3.3.2 приведен новый способ кеггаяйгзяетого соэдпаепил однотипных слоев структуры КС-П. Предлагала конструкция трех-кчскадного фп с параллельным соединенно:.? элементов каскада и технология за изготспления ?летодсми гжатаского травления участков под коммутируйте каналы и газофазной диффузии Zn з апитак-скально выращенные слои GaAn и ÄIGaAs. Экспериментально пояучен-hhö данные и результаты анализа зтих дзёеых показали, что при параллельно« соединении элементов каскада значение напряжении холостого хода (Ux:í об) коп превышает значении напряжении холостого хода единичного элемента КФП с одним р-n- переходом. Эти полученное экспериментальные значения U2X of¡ соответствует* расчетным значениям вычисленным по выражению:

!1хх/ ихх + °хх, "хх.об - ' 1 0 2---(1)

где и^ о0 - общоа напряжение холостого хода КФП,

их2 , и^ , - напряжения холостого хода отдельных элементов составляющих КФП.

Такяе в этом параграфе приведен технологический маршрут состоящий из двух этапов изготовления трехкаскадного ФП. На первом этапе выращиваются слои: п-НаАз; п-А1>,аа1_хА5 (нгра&цнй

роль изотшно гетероютенциального барьера для ННЗ); п-баАз (базовый слой нижнего элемента); р-ОаАз (эматтеряый слой немного элемента); р-А^Са^Аз (эмлттерный слой второго каскада).

После чего химическая травлением вскрывайся участки под коммутирующие каналы до слоя п-СаАз и затем на втором этапе выращивается слои: п-ИуСа^уАз ( базовый слой второго каскада);

п-А12Са1_2Аз (базовый третьего верхнэго каскада) и р-А1гСа1_гАз

(верхнее широкозонное "окно"). После чего на поверхность образца наносится двуокись кремния (В102) и вытравливаются канав^ш

под омические контакты. В результате таркодайузии цинка через ата канавки происходит параллельная коммутация слоев р-тша и образуется тоб»^ вщтгорннй слой верхнего третьего элемента каскада. Полученные таким образом структуры КФП показали следу-щие результаты: и^ = 1,02 В, Дкз = 22,4 ма/сы2. В этом параграфа приведено семейство ВАХ подученные при освещенности концентрированным потоком: К0 = 50; 100; 300 и 500 крат солнечного излучения.

Четвертая глава посвящена разработке и исследованию высоковольтных ФП на подуизолируадей подлоге ОаАз с удельным сопротивлением р = 10°Ом.см. Описывается технология изготовления ВФП на подутояируших подложках СаАз, способа создания отдельных элементов ВФП и получение омических контактов как к п-ваАз так и к р-С&Дз. Обсуэдается перспективность ВФП и приводятся результаты исследований полученных ВФП по предложенным технологиям, а таюш некоторые конструкционные решения и основные параметры этих ВФП.

В 4.1 обсуядаотся способы создания высоковольтных ФП (ВФП) досматривается принципы создания ВФП в монолитном надо на полу-5гаолируа1у,1Х подложках (¡¡Ш) с удельным сопротивлением р =

1080м.см. Полученные экспериментальные данные показала, что суммарное напряжение холостого хода Ь'тх й соответствует расчетным значениям вычисленным по выракенш:

ин об = ш ихх.ед • (2) .

где и^ об - суммарное общее напряжение холостого хода ВФП, ихх ед ~ напряжение холостого хода единичного элемента, щ- число последовательно соединенных элементов состазлянциэ ВФП.

В'4.1.2 приведен технологический маршрут изготовления ВФП в монолитном вида на полуизолирующей подлояке ОаАз. Дзытся способы гальванического разделения элементов друг от друга и комлутации отдельных элементов в общуэ батарею.

. в 4.2 приводятся структуры ВФП с горизонтальными р-п- перехода»,и, технология их изготовления. Раздельно рассматриваются структуры 6-ти элементного (в 4.2.1) и 12-ти элементного (в 4.2.2) ВФП и их особенности. Экспериментальные данные полученные на базе 6-ти элементных ВФП изготовленных на шлуизолирув-щих подлогах СаАз высокоомность у которых получены различными способами показали, что значение общего напрягания холостого хода отличаются друг от друга. Установлено, что у ВФП полученных на подлодках высокоомность которых получены легированием хромом намного ху:гэ чем полученных на подлогах легированных индием и нелогированныз. Анализ зкспериметалышз результатов показали, что основной причиной, приводящей к ухудщвшш характеристик ВФП,. является наличие хрома создающего глубокие уровни, который проникает из подложи в выращиваете слои во время ЕФЭ. С цельн предотвращения влияния подложки на фотоэлектрические свойства получаемых пленок методом НФЭ на полуизолирующих подложках СаАБ легированных хромом, предложэна и реализована на практике структура В?П с гетербпотенциальным барьером. Гетеропотенцчалышй барьер получали г/э:.«ду подложкой и базовым п-СаАз слоем выращиванием слоя твердого раствора п- А1хСа1_х4з.

На базе экспериментально полученных данных и опираясь на результаты анализа этих данных предложена конструкция и технология изготовления 12-ти элементпого ВФП. Изготовленио 12- тп элементного ВФП отличается от 6-ти элементного том, что все слои структуры выращиваются в одном технологическом процессе

ЕФЭ. Это намного упрощает технологию и воспроизводимость получения ВФП. Конструктивно 12-ти элементный ВФП состоит из: под-лошш с размерами (14,5 X 1б)см2= 2,32 см2, 12-ти последовательно соединенных единичных элементов с рабочей площадью каждого 0,17см2; мажалемнтных коммутирующих и токосъемных. омических контактов. Все элементы меаду собой гальванически разделены канавками шириной 50 мсм и при этом общая рабочая площадь ВФП составляет 2,04 см2. Полученные, таким образом структуры ВФП показали слвдущиэ результаты: ихх 0(5=9,8 В; 1кз=2,92 мА, при

этом напряквние холостого хода единичного элемента имел значения

ихх.ед= °'8 ВВ 4.3 приведена конструкция миниатюрного 8-ми элементного высоковольтного ФП (МВФП) созданного на подножке с размерами

о

(2,0 X 2,2 )ш и технология ее изготовления. Конструктиьно МВФП отличается от б- та и 12- ти элементного тем, что р-п- переходы расположены вертикально к плоскости освещения. Такое располоь»-НЕ5 р-п- переходов позволило создать миниатюрную конструкции ВФП и повысить чувствительность в коротковолновой области спектральной характеристики. Однако, из-за вертикального расположим р-п- переходы составляют млую раек)чуй шощадь. Поэтоед, ¡; цельэ увеличения общей рабочей площади, р-п- переход создавала в вцдэ "зигзага", чад позволяй? уволиадть сбор фо'югэшрироиаь-ийл ¡й!3 и ьродсмих от сдиь оольмиого ¿>арпда. йо^учи.шшь

•структуры МВФП показали следующие результаты: ихх об = 5,7 В;

1КЗ= СО мкА. Полученные параметры разработанных элементов сви детол.ъствувт, что такие ВФП в скором будущем найдат широкого црвмьнения во многих областьях микро- а одтоэлектроники. Перспективность таких ФП заключается в том, что такие приборы могут быть использованы в качестве фотопривмвшшв в волоконной оптике, быть источником запирающего напр ¡ионик затвора полевых транзисторов, источником для генераторов Ганна, а таксе микромощннх потребителей.

ОСНОВНЫЕ выводи И ЗЛКЛОЧЕНШ.

1. При морфологических исследованиях слоев структур выращенных методом КФЭ выявлены причины приводящие к ухудщониз основных фотоалэктрических параметров СЭ. Установлено, что при выращива-

шш структур СЭ методом /?ФЭ, на базе общераспространенных подао-;гэк СаЛз возникают микроскопические "проколк" пленок размерами от единиц до нескольких десятков ккм намэстах выхода на поверхность подложен гагкроЕКЯшенпЭ второй фазы (галлия). Именно мнк-ропроколы выращенных штенок и являлтея причинами ухудшения основных параметров СЭ и снижения процента выхода годных приборов.

2. Изучались условия термообработки в атмосфере паров цинка (7,п) на фотоэлектрические характеристики структур СЭ полученных ?:этодо?.! ЕФЭ

Показано, что в результате термической обработки при относительно низки температурах структур СЭ полученных методом "ФЭ происходит "залечивание" шунтирующих участков на местах возник-нсизняя "проколов" и улучшения основных выходных параметров.

3. Исследованиями скола микропроколов до п поело термообработки установлено, что у структур прошедших термообработку в атмосфере паров цинка (2п) во внутренных стенках ямок "проколов" образуется силънслогировэяннИ р+- слой защшцаноий р-п- переход от закорачивания металлом омического контакта.

А. Исследовалиоь процессы дгг'^узгш 2п ез гагеией фазы в зпитзксийлъно выращенные плепхеп СаАз. Установлено, что скорость

диффуетш 2п в слои СаАз является функцией от времени как -Г? , и соответствует литературным донкьм. Обнаружив зависимость "хеос-тов" проникновения гп от урспзя легирования исходного материала и внесены корректива в понятие о фронте диффузии 7,п.

5. Исследовалась зависимость воспроизводимости получения годных структур СЭ от продолжительности и температуры проведения процесса дЕ^<фуг!П1 2п а таксе от условий термоцшшфовэетя. Экспериментальными данкк/Ш вкпфячески установлена звсгсетость вероятности пуптарозания металлом сжтоского контакта я выхода годных злзментов от глубины залегания р-п- перевода.

6. Исследовались структуры СЭ с тыльным исотппшм- гзтвроио-топцеальным барьером для ПНЗ и экспериментально докопано, что пртзенонпе тыльного геторопотеЕЩтзльного барьера позволяет улучшить сбор фотогенерированных ШИ в пределах ±ЪА. На оснобэ экспериментально полученных данных разработана конструкция и технология изготовления структур СЭ с гетеропотенциальннм барьером и углубленными р-п- переходами в подконтактной области. Это позво-

лило решить проблему получения омических контактов с низким переходным сопротивлением и без шунтирования к структурам СЭ с тонкими (V? < 0,5 мкм) рабочими слоями. Таким образом создана структура концеитраторного СЭ с улучщонной чувствительностью в коротковолновой области спектра солнечного излучения.

7. Применением экспериментально полученных данных и анализа исследований, разработаны: новая. конструкция, способ внутри-кристаллического можзломонтного параллельного соединения и'технология получения трэхкаскадного ФП (КФП). Исследованиями выход-гаи фотоэлектрических характеристик установлено, что значение общего напряжения холостого хода об КФП с параллеыго ског,?>"»'-

тированными элементами каскада больше чем у СЭ с одиночным р-п-шреходом. А ТЕ1ске доказано, что при параллельном соединении элементов каскаде Ееоб§язательнв кзеткан оптимизация токов короткого зашкония 1кз каждого элемента. Это упрощает технология

и улучщает воспроизводимость получения структур КФП с высоки?.® значениями выходных параметров.

8. Разработан ряд конструкций высоковольтных ФП (ВФП) получаемых в единомонокристодяичоском варианте на основе полуизоли-рущего СаАз с р = ш80м.см. Исследованы фотоэлектрические характеристики ВФП полученных на тодаошеах из подуизолируыцзго СпАз высокоомность у которых получена легированием громом №), .пндавм (1п) и без логирования. Выявлено, что у структур ВЫ! полученных- на подаояках легированных хромом значение выходах фо-тоэлектркчоскиг параметров намного гуя© чем у. структур ВФП подученные на подлояках легированных 1п и колегярозаяныг. Установлено, что следствием снихэния выходах параметров ВОТ получощшх на подлояках легированных хромом является хром - дпффутдарущгй в вкращшвагае слои, из подлегочного глзториалз во врокя процессе 5£ФЗ. Продлоггпп и 'экспериментально реализован способ снижащш влияния свойств подложки на фотоэлектрические характеристики ВФП варащаваниви твердого раствора А10 2аао;еАз толщиной 1,5 -

2,0 ккм, которнй одновременно играет роль тыльного пзотипного готеропотозципльного барьера для ШВ.. Таким образом улучшается сбор ШВ я прздотвращается отрицательное влияние свойств подложки на фотоэлектрические свойства ВФП..

Материалы, отраженные в диссертации опубетвавлны в следухь щих работах:

1. Ахмедов Ф.А., Азидов С.А., Кут.шаратов А., ¡Зуишов P.A., Высоковольтный фотогенератор на основе арсенида галлия. Мевдуна-родная конф. Photovoltaic and optoelectronic proceses Bucharest, July 4-7, 1984.

2. Ахмедов Ф.А., Искандеров А., Кутлшратов А., Турсунов U.H. Высоковольтный фотопреобразователь на основе арсенида галлия Тез.докл. 2-ой Всесоюзной конф. го возобновляемый источникам анергии. г.Ереван, 1985.

3. Ахмедов Ф.А., Кутлимратов А., Киртурсунов Ш.З., Ыуминов P.A. Солнечные элемента с тыльным потенциальным барьером на основе изотшных гетеропереходов в система Gaás - AlGaAs. Гелиотехника, 1986, N б, с.З.

4. Ахмедов Ф.А., Ахмедова U.U., Кутлимратов А. Диффузионные р-n переходу в апитаксиалъных слоях GaAa полученных легированием цинком из газовой фазы. Известия АН УзССР, 1988, N 4.

5. Ахмедов Ф.А., Касимова Т.М., Кутлимратов А.,Миртурсунов Н.Э. Солнечные элементы на основе GaAa - AlQaAs подвергнутые термообработке в атмосфере паров цинка. Гелиотехника, 1988,N 5.

, 6. Ahmedov P.A., Kutllmratov A., lllrtursunov S.Z., líumlnov В.A, Solar cells with a back potential harrier based on isotype' heterojunctlons In a GaAa - AlAfl system. Appl. Solar energy, 1986, v.22, N 6, p.1-5.

7. Ахмедов Ф.А., Касымова T.M., Кутдафатов А..Ииртурсунов Ш.З. Солнечный элемент на основе GaAa - AlQaAs с углубленными в подконтактной области р-n переходами. Тез.дркл. 9-ой Международного совещания по фотоэлектрическим в оптическим явлениям в тв. телв. г.Варна, Болгария, маЦ 1989, с.55.

8. Ахмедов ф!а., Касымова т.и., Кутдздлратов а.,Ииртурсунов Ш.З. 12 - элементный высоковольтный фотопреобразователь не осно-

1 ве GaAs - AlGaAs. Тез.докл. Всесоюзной конф. по фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках., г.Ташкент, октябрь 1989,

9. Ахмедов Ф.А., Касымова Т.М..Кутлимратов А.,Ииртурсунов Ш.З., Пайзиава Д.э. Внсоковолтные фотопрвобразователи на основе ОаАз - AIGaAa. Гелиотехника, 1990, N 3, с.33.

10.Ахмедов Ф.А., Касымова Т.М..Кутлимратов А..Ииртурсунов

Щ.З., Пайзиева' Д.Э. Солнечные элемента на основе GaAs - AlGaAs, полученные методами шдкосткой аштаксии и диффузии цинка из газовой фазы. Гелиотехника, 1990, N 4, с.34.

OaAs - АЮаАа АСОСИДАГИ КОНЦЕНТРАТОР КУЕШ ЭЛЕШМАРИ НА ЩОРИ КУЧЛШШШИК Ф0Т05ГИРГИЧЛАРНИ ТАДОДК, КДЯШ1.

Кутлимратов Александр КДСКДЧА МАЗИУНИ

Диссертацияда концентратор (кует нурини йш'уичи ботик, кузгу) йилан итлаташувчи GaAs - AlGaAg асоспда олзанган янги оригинал пэйщадаги кубш эламэнтлари, каскадлик х,амда пк,ори кучланшлпк Лотоугиргичларнн яратш ва тадкик кдяиш масаласи курилггш.

Фотоугиргичларнинг асосий чшцив параметрларига салбий таъсир к^рсатувчи сабаблар очиб борилган *амда кубы эломонти тузшма-лариан рух бугларада тершие ишлов бариш йули бииан омик контакт штамш туфайли содир буладаган киска туташишдап р-п- утишларни сацлаш усули курсатилган. Сущ фаза эпатаксняси х,амда рухни газ фазаевдан диффузия йдииш усулларани биргаликда куллао, кисца тул-крнлар сохасида х,ам нисбатап икррп дартвдаги сезгирликка эга булган куеи алеыентларини олиш йули шлаб чшдалган х.авда таелкф Килинган. -

Арсенид галлий асосидаги олинган: фотогенерация натижасида пнйдо белган асосий булмаган заряд таиувчиларпи йпгиыни ягашлаыга ымкон барувчи орк.а томондан потенциал ту спада ara булган; ызталл коитактлар ост-идаги р-п- утишлари чукурлаштирилгаи, «кори ишлаб чикарш курсаткичига ara белган, ташдаридан буладаган такрорий тормик тяъсирларга чидамлше ва щори кощдантрланган куош нурлари иароптада узок вакт ишлай олувчи куеш элемвнтларшт ' шлаб чик:й! йуллари курентшхган хазда яратилган.

Биринчи марта йаАз - AlGaAs ссстемасгда монолит курипшда олпнган' .уч каскадлик куеш алаконтшпнг узига хос курилмасининг лэйивдеи келтирилган. Каскад элэмвнтларини кристалл устпрнл »»ра-Ышда узаро параллал улаш ыумкишгиги экспершентал тарзда куроа-таб борилган.

if -

Чала изолятор арсеннд галлий тагликда монолит хрлда олянган бир почта якори кучлангшгик фотоугиргичлар нурилмаларкнинг лойи-халари таклпф этилган хамда ишлаб чикилган. Юк.ори кучлашплик фотоугиргичларншг зсосий параметрларяяинг пасайиш сабаблзридан бири - тагликда х?ом(Сг)нинг борлиги ва унинг эпитаксиал катлам-ларгэ диФФузнлси оконлиги курсатплган. Бу оффектни {фкртиш учуп пятттс коришмз А10 2С.а0 gAs дач ташкил топтан орэлнк катлам ус-'гариш таклкф этилган. ■ •

THE INVEST.'GATHJM OF CONCENTRATOR SOLAR CELLS AND IIIOII VOLTAGE PiiOTOCOrfVERTERS ON THE BASE OF OaAs - AlOaAs.

Alexander Kutllmrator ABSTRACT

In the dissertation the questions of elaboration and Investigation of new original de3lgnes of concentrator, cascade and high-voltage photoconverters on the base of GaAs - АЮэАз heterosystoBs as well as of their reproducibility improving are considered.

The reasons resulting ' In degradation of basic output parameters of photoconverters are determined.. A method la elaborated that allocs to.prevent shunting of p-n junctions br ohalc contact rcetal. The method Is based on thermal annealing of Solar Cells In the atmosphere of zinc vapours. CoTblnlng Liquid phase epitaxy Tilth vapor рЬляе diffusion of sine technology of obtaining of hlgSi sensitive Solar Cells in short wavelength region is suggested and elaborated.

A structure of GaAs Solar Cells is suggested and growth technology is elaborated. The Solar Cells hare bsclc potential harrier Improving the collection of photogenerated minority carriers; in sutcontact region there are deep p-n Junctions providing stability to thermal cycllzatlcn and consequently reproducibility of preparing and long - time functioning at high concentration of Solar Radiation.

The original design of three-cascade GaAs - AlGaAs Solar

Cells In monolithic execution was first suggested. The possibility of lntercrlstal connection of cascade elements In parallel Baa experimentally shomi.

Several designs of high-voltage photoconverters In monolithic excutlon on semi-Insulating GaAs substrate are suggested and elaborated. It was shorni that one of the reasons of degratatlon of high-voltage photoconverters Is the presence of Cr in aubstrate and Its diffusion Into epitaxial structure. To avoid tills effect It ras suggested to gros? interoedlate A1o.2Gao.8&fl solid solution layer.

Подписано в печать ~ £ Формат буиаги G0x6l;/u. Бумага ткпогрьфская Kj I. Печать «РОТАПРИНТ». Объеи ;/ О Тирс;-. У ¿О sks. 'Зака? ;''/•£ 3

Типография издательства «Ф'иц» АН РУе. 7001?*Х Tauitcgi, акад. X. Абдуллаева, 74.