Способ изготовления базовых слоев гибких фотоэлектрических преобразователей на основе cdte в квазизамкнутом объеме

Авторы патента:

H01L31/1828 - Полупроводниковые приборы, чувствительные к инфракрасному излучению, свету, электромагнитному, коротковолновому или корпускулярному излучению, предназначенные либо для преобразования энергии такого излучения в электрическую энергию, либо для управления электрической энергией с помощью такого излучения; способы или устройства, специально предназначенные для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы приборов (H01L 51/00 имеет преимущество; приборы, состоящие из нескольких компонентов на твердом теле, сформированных на общей подложке или внутри нее, кроме приборов, содержащих чувствительные к излучению компоненты, в комбинации с одним или несколькими электрическими источниками света H01L 27/00; кровельные покрытия с приспособлениями для размещения и использования устройств для накопления или концентрирования энергии E04D 13/18; получение тепловой энергии с

Изобретение относится к технологиям формирования базовых слоев тонкопленочных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) на основе CdTe. Способ изготовления в квазизамкнутом объеме базовых слоев гибких фотоэлектрических преобразователей на основе CdTe, в котором расстояние от зоны испарения теллурида кадмия до зоны его конденсации соизмеримо с диаметром реактора. Конструкция используемого квазизамкнутого объема обеспечивает превышение площади поверхности испарения в источнике по отношению к площади подложки и минимизацию утечки пара во внешний объем на уровне 5 вес. %. Это позволяет при температуре испарителя 425-460оС и температуре подложки 319-353оС реализовать на гибких полиимидных подложках условия осаждения, близкие к термодинамически равновесным, и получить пленки теллурида кадмия стабильной кубической модификации. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

 

Заявляемое техническое решение относится к оптоэлектронным приборам, в частности к технологиям формирования базовых слоев тонкопленочных фотоэлектрических преобразователей на основе CdTe и обусловлено актуальностью разработки нового материало- и энергосберегающего, экологичного способа изготовления базовых слоев для тандемных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) на их основе, которые можно адаптировать к условиям массового производства.

Фотоэлектрические преобразователи на основе теллурида кадмия являются наиболее экономически выгодными за счет малой (до 4 мкм) глубины поглощения солнечного излучения, что дает возможность получать тонкопленочные структуры и таким образом снижать расход материалов. Для достижения наибольшей эффективности при формировании тонких пленок теллурида кадмия их получение проводят в условиях, приближенных к термодинамически равновесным, поскольку рост пленок в таких условиях приводит к снижению структурных дефектов и уменьшению степени развитости зернограничной поверхности. Использование метода вакуумного термического испарения с использованием «горячей стенки» (HWVE) при выращивания тонких пленок соединений II-VI групп, также позволяет реализовать условия роста максимально приближенные к термодинамическому равновесию. Высокоэффективные ФЭП на основе CdTe формируют в тыльной конфигурации на стеклянной подложке с нанесенным прозрачным фронтальным электродом из широкозонных вырожденных проводников. Освещение приборной структуры осуществляется через стеклянную подложку.

Замена стеклянных подложек на полиимидные пленки позволяет создавать гибкие ФЭП с рекордными значениями приведенной мощности. Гибкие ФЭП имеют улучшенные потребительские свойства для наземного применения в качестве: источников электропитания беспосадочных беспилотных летательных аппаратов; индивидуального легкого энергетического источника питания при создании «энергетической рубашки» солдата; автономных источников питания радиоэлектронной аппаратуры в полевых условиях; источников питания для систем кондиционирования автомобилей и катеров; солнечных батарей, которые монтируются на крышах домов со сложными профилями поверхности и т.п.

В настоящее время фирмы Apical, Kapton, Kaptrex, Meldin, Vespel, Plavis и UPILEX начали производить термостабильные прозрачные полиимидные пленки. Наиболее высокую термостабильность до 450 °С имеют полиимидные пленки UPILEX-S. Средний коэффициент пропускания в видимой области, который достигает 80%, что делает эти пленки наиболее перспективными для создания высокоэффективных гибких ФЭП на основе теллурида кадмия. Однако ограничение термостабильности пленок на уровне 450 оС накладывает ограничения для осаждения теллурида кадмия методом «горячей стенки».

Известен метод «горячей стенки» (Lopez-Otero A., Haas L.D. High mobility as-grown PbTe films prepared by the hot wall technique // Thin solid films. –1974. – V.23. – №11 –. P. 1-6) эпитаксиального выращивания CdTe, основанный на термическом испарении источника CdTe при 500-600 °С в вертикальном реакторе при непрерывной откачке. Температура стенок реактора немного превышает температуру источника CdTe, а температура подложки ниже, чем у источника на 50-100 °С, что приводит к отклонению от термодинамического равновесия в пользу переноса молекул из газовой фазы на подложку с их последующей конденсацией. Как показывает результат данной работы, метод «горячей стенки» достаточно экономичен и позволяет реализовать большие скорости роста пленок (до 10 мкм/ч). Но данный способ не применим для нанесения CdTe на поверхность гибкой полиимидной пленки из-за высокой температуры подложки, которая находится на уровне 450-500 °С.

Наиболее близким к предлагаемому методу является способ осаждения пленок теллурида кадмия на поверхность слоев кадмий-ртуть-теллурид для использования его в качестве защитного пассивирующего покрытия приборных структур с p-n-переходами для микрофотоэлектроники ИК-диапазона (патент RU 2298251, МПК H01L 21/365 от 13.10.2005 г.). В этом способе получения тонких пленок теллурида кадмия в вертикально расположенном реакторе типа «горячая стенка» в нижней части размещают источник теллурида кадмия, над ним на расстоянии не менее 10 диаметров реактора – подложку теллурида кадмия-ртути, присоединяют реактор к вакуумной откачной системе 10-3 Па и нагревают его таким образом, что температура источника составляет 500 °С, температура области между источником и подложкой на расстоянии не менее 10 диаметров реактора составляет 550-600 °С, температуру зоны конденсации и подложки поддерживают в пределах 250-300 °С, а расстояние между границей зоны конденсации и подложкой поддерживают на уровне не более длины свободного пробега молекул газовой фазы при температуре конденсации. При этих условиях в реакторе «горячая стенка» создается существенно неравновесная ситуация, и газовая фаза, состоящая из молекул Cd и Те2, образует направленный поток и частично достигает подложки, где происходит эпитаксиальный рост тонкой пленки CdTe со скоростью порядка 2 мкм/ч при температуре около 250 °С. Недостатком данного способа является то, что процесс переноса вещества носит кинетический неравновесный характер и рост пленок происходит в условиях далеких от термодинамически равновесных.

Предлагаемый способ получения пленок теллурида кадмия в графитовой камере квазизамкнутого объема (КЗО) отличается от прототипа тем, что расстояние от источника теллурида кадмия до зоны конденсации соизмеримо с диаметром реактора. Для реализации условий близких к термодинамически равновесным массовый расход пара теллурида кадмия из паровой фазы должен полностью компенсироваться массовым расходом материалов из источника в облако паров элементов за счет превышения площади поверхности испарения в источнике по отношению к площади подложки. Для этого также степень прилегания подложкодержателя к камере КЗО должна минимизировать утечки во внешний объем, которые не должны превышать 5 вес. %. Вид камеры КЗО, представлен на фиг. 1, где: 1 – основание , 2 – горловина, 3 – зона подготовки, 4 – испаритель, 5 – крепление основания к графитовой камере, 6 – экран, 7 – нагреватели зоны подготовки и испарителя, 8 – подложкодержатель, 9 – нагреватель подложки. Для размещения полиимидной пленки в камере КЗО была изготовлена графитовая подложка, которая сверху накрывалась ленточным нагревателем.

Мощности нагревателей зон камеры выбирались таким образом, чтобы скорость нагревания подложки превышала скорости нагревания других зон, то есть реализовывалось условие Тпкркр – температура подложки, при которой достигается критическое пересыщение пара и возможно зарождение на подложке частиц конденсата, Тп – температура подложки) для всей поверхности подложки. После достижения выбранного значения Тп температура подложки снижалась до некоторого значения, то есть реализовывалось условие Тпкр. Такой температурный режим выдерживался на протяжении 5-10 мин., после чего выключался нагреватель испарителя, а температуру подложки увеличивали, чтобы реализовывалось условие Тпкр. Нагреватель подложки выключался только тогда, когда температура испарителя снижалась до значения 400 °С. Такой трехстадийный режим позволяет избежать конденсации пара на подложке в нестационарных режимах разогрева и охлаждение камеры КЗО.

В данном способе осаждение проводилось при следующих значениях температур: Ти от 460 °С до 425 °С, Ткр от 357 оС до 319 °С. Установлено, что удовлетворительная стабильность и воспроизводимость процесса препарирования пленок была достигнута в условиях, когда температура подложки поддерживалась на 4 °С меньше Ткр. В этом случае толщины пленок, полученных в одинаковых технологических условиях, отличались не более чем на 7%. С нашей точки зрения, причиной такого разброса является неуправляемость переходных процессов при разогреве камеры.

Пример 1. Нанесение пленок теллурида кадмия осуществлялось на гибкие подложки, которые представляли собой полиимидные пленки UPILEX-S толщиной 7-20 мкм на которые методом магнетронного осаждения были нанесены слой ITO и сульфида кадмия. Вначале проводился предварительный нагрев камеры испарения теллурида кадмия и держателя подложки для дегазации их поверхностей. После происходил нагрев зон камеры КЗО и стабилизация температур зоны подготовки пара и испарителя на уровне 425-460 °С, а температуры подложки – 327-361 °С. Такой режим нагрева зон камеры КЗО предотвращает неконтролируемую конденсацию пара на подложке на данной операции. Затем температура подложки снижалась до 319-353 °С и начинался процесс осаждения пленок теллурида кадмия. Процесс продолжался в течении 50-240 мин., исходя из того, что V=0.16Tи-67, где V – скорость роста пленки в мкм/ч; Tи – температура испарителя. После осаждения пленок теллурида кадмия температура подложки увеличивалась до 327-361 °С и испаритель теллурида кадмия выключался. При снижении температуры испарителя до 400 °С, выключался нагреватель подложки. Такой режим охлаждения камеры КЗО предотвращает неконтролируемую конденсацию пара на подложке. Проведенный рентгендифрактометрический анализ показал, что в таких режимах растут структурносовершенные слои теллурида кадмия стабильной кубической модификации.

1. Способ изготовления в квазизамкнутом объеме базовых слоев гибких фотоэлектрических преобразователей на основе CdTe, отличающийся тем, что расстояние от зоны испарения теллурида кадмия до зоны его конденсации соизмеримо с диаметром реактора.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для осаждения используют гибкие подложки, которые представляют собой полиимидные пленки толщиной 7-20 мкм, термостабильные до температуры 450°С.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для обеспечения стабильности и воспроизводимости процесса формирования пленок теллурида кадмия температуру гибких подложек, которые представляют собой полиимидные пленки, поддерживают на 4°С меньше начальной температуры конденсации, температуру подложки до нагрева испарителя до требуемого значения и после окончания испарения при его охлаждении поддерживают на 4°С выше начальной температуры конденсации.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получение пленок теллурида кадмия стабильной кубической модификации осуществляют при температуре испарителя 425-460°С и температуре гибких подложек, которые представляют собой полиимидные пленки, 319-353°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к кремниевым полупроводниковым технологиям, в частности к кремниевым фотовольтаическим преобразователям, изготовленным по гетероструктурной технологии.

Изобретение относится к технике преобразования световой энергии в электрическую. Оптопара содержит источник света, фотопреобразователь, корпус.

Изобретение относится к устройствам для преобразования электромагнитной энергии в электрическую энергию Устройство преобразователя мощности лазерного излучения «ПМЛИ» для приема падающего электромагнитного излучения на длине волны примерно 1550 нм, содержащее подложку, содержащую InP; и активную область, содержащую n-легированный слой и p-легированный слой, причем эти n-легированный и p-легированный слои образованы из InyGa1-yAsxP1-x, согласованного по параметрам решетки с подложкой и выполненного с возможностью поглощать фотоны электромагнитного излучения с соответствующей длиной волны примерно 1550 нм, где x=0,948, 0,957, 0,965, 0,968, 0,972 или 0,976, а y=0,557, 0,553, 0,549, 0,547, 0,545 или 0,544 соответственно.
Изобретение относится к технике преобразования световой энергии в электрическую. Оптопара содержит источник света, фотопреобразователь и корпус.

Изобретение относится к полупроводниковым фотопреобразователям, которые преобразуют солнечное излучение в электроэнергию, и может быть использовано в полупроводниковой промышленности для создания систем генерации электрической энергии.

Изобретение относится к способам определения ширины запрещенной зоны темновой и фотопроводимости органических полупроводников на основе гетероатомных соединений.

Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых структур с p-n-переходом и может быть использовано для изготовления фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) солнечной энергии.

Согласно изобретению предложен способ изготовления солнечного элемента с тонким слоем из кремния. Способ включает нанесение ТСО-слоя (3) на стеклянную подложку (1), нанесение на ТСО-слой (3) по меньшей мере одного слоя (4; 5) кремния, причем перед нанесением ТСО-слоя (3) стеклянную подложку (1) подвергают облучению электронным излучением, при этом образуется рассеивающий свет слой (2) стеклянной подложки (1), на которую наносится ТСО-слой (3).

Изобретение относится к мобильному устройству для детектирования света, испускаемого из источника света. Техническим результатом является обеспечение возможности функционировать мобильному устройству как устройство дистанционного управления «указания и управления».

Предложен монолитный фотовольтаический элемент. Упомянутый элемент содержит по меньшей мере один переход.

Оптоэлектронное устройство (10) содержит первую подложку (12), имеющую первую поверхность (14) и вторую поверхность (16), оптоэлектронное покрытие (17), расположенное поверх второй поверхности (16) и содержащее подстилающий слой (18), расположенный поверх второй поверхности (16), первый проводящий слой (20), расположенный поверх подстилающего слоя (18), верхний слой (22), расположенный поверх первого проводящего слоя (20), полупроводниковый слой (24), расположенный поверх первого проводящего слоя (20), и второй проводящий слой (26), расположенный поверх полупроводникового слоя (24).
Изобретение относится к способам коммутации ячеек фотоэлектрических преобразователей, в частности к способу механического закрепления фотоэлементов и электрического их соединения в батарею.

Изобретение относится к области технологий получения преобразователей солнечной энергии в электрическую. Способ включает формирование слоя прозрачного проводящего электрода, слоя перовскита и слоя неорганического материала.

Изобретение относится к фотоэлектрическим преобразователям, в частности к технологии сборки солнечных модулей и коммутации ячеек фотоэлектрических преобразователей.

Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых структур с p-n-переходом и может быть использовано для изготовления фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) солнечной энергии.

Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых структур с p-n-переходом и может быть использовано для изготовления фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) солнечной энергии.
Способ изготовления гетероструктуры InGaAsP/InP фотопреобразователя включает последовательное выращивание методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений на подложке InP в потоке очищенного водорода при пониженном давлении при температуре эпитаксии буферного слоя InP из триметилиндия и фосфина и слоя InxGa1-xAsyP1-y, где 0,59<х<0,80 и 0,55<у<0,92, из триметилиндия, триэтилгаллия, арсина и фосфина путем последовательного выращивания субслоев InxGa1-xAsyP1-y толщиной не более 100 нм.

Изобретение относится к области преобразователей энергии ионизирующих излучений изотопных источников в электрическую энергию Э.Д.С. Такие источники отличаются от конденсаторов и аккумуляторов много большей энергией, приходящейся на единицу объема, но малой выделяемой мощностью в единицу времени.

Согласно изобретению предложен способ изготовления солнечного элемента с тонким слоем из кремния. Способ включает нанесение ТСО-слоя (3) на стеклянную подложку (1), нанесение на ТСО-слой (3) по меньшей мере одного слоя (4; 5) кремния, причем перед нанесением ТСО-слоя (3) стеклянную подложку (1) подвергают облучению электронным излучением, при этом образуется рассеивающий свет слой (2) стеклянной подложки (1), на которую наносится ТСО-слой (3).

Согласно изобретению предложен способ изготовления солнечного элемента с тонким слоем из кремния. Способ включает нанесение ТСО-слоя (3) на стеклянную подложку (1), нанесение на ТСО-слой (3) по меньшей мере одного слоя (4; 5) кремния, причем перед нанесением ТСО-слоя (3) стеклянную подложку (1) подвергают облучению электронным излучением, при этом образуется рассеивающий свет слой (2) стеклянной подложки (1), на которую наносится ТСО-слой (3).

Изобретение может быть использовано для создания мощных СВЧ фотодетекторов на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlxGa1-xAs, чувствительных к излучению на длине волны 810-860 нм. Способ изготовления фотодетекторов мощного оптоволоконного СВЧ модуля включает создание на полупроводниковой подложке GaAs n-типа фоточувствительной области на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlxGa1-xAs и широкозонного окна из AlxGa1-xAs, чувствительных к излучению на длине волны 810-860 нм, создание контактного слоя из GaAs р-типа, создание контактной площадки фронтального омического контакта на поверхности контактного слоя, создание сплошного тыльного омического контакта на тыльной поверхности подложки GaAs. На фоточувствительной области формируют антиотражающее покрытие, создают шины фронтального омического контакта шириной 4-8 мкм, формируют меза-структуру вне контактной площадки и фоточувствительной области на расстоянии 1-5 мкм от контактной площадки, создают дополнительный фронтальный контакт вне меза-структуры на фронтальной поверхности полупроводниковой подложки, проводят монтаж фотодетекторов на керамической плате из AlN, выполняют монтаж керамической платы на теплоотводящем основании модуля, выполняют монтаж оптических волокон и корпусирование СВЧ модуля. Изобретение обеспечивает возможность создания мощных СВЧ фотодетекторов с подводимым по оптоволокнам лазерным излучением, которые бы имели увеличенную рабочую мощность, сниженную величину коэффициента отражения излучения, увеличенное быстродействие, за счет снижения потерь на паразитных емкости и индуктивности, и соответственно высокий КПД преобразования излучения и быстродействие мощного оптоволоконного СВЧ модуля на их основе. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к технологиям формирования базовых слоев тонкопленочных фотоэлектрических преобразователей на основе CdTe. Способ изготовления в квазизамкнутом объеме базовых слоев гибких фотоэлектрических преобразователей на основе CdTe, в котором расстояние от зоны испарения теллурида кадмия до зоны его конденсации соизмеримо с диаметром реактора. Конструкция используемого квазизамкнутого объема обеспечивает превышение площади поверхности испарения в источнике по отношению к площади подложки и минимизацию утечки пара во внешний объем на уровне 5 вес. . Это позволяет при температуре испарителя 425-460оС и температуре подложки 319-353оС реализовать на гибких полиимидных подложках условия осаждения, близкие к термодинамически равновесным, и получить пленки теллурида кадмия стабильной кубической модификации. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Наверх