close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11392

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.12.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 11392
(13) C1
(19)
H 01L 31/18
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОЙ ПЛЕНКИ Cu(In,Ga)(S,Se)2
(21) Номер заявки: a 20061073
(22) 2006.10.31
(43) 2008.06.30
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное объединение "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси
по материаловедению" (BY)
(72) Авторы: Зарецкая Елена Петровна;
Гременок Валерий Феликсович; Залесский Валерий Борисович; Тиванов Михаил Сергеевич (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси
по материаловедению" (BY)
(56) ALBERTS A et al. Thin Solid Films,
2004. V. 451-452. - P. 207-211.
BY 7739 C1, 2006.
US 6566162 B2, 2003.
CN 1547262 A, 2004.
BY 11392 C1 2008.12.30
(57)
Способ получения тонкой пленки Cu(In,Ga)(S,Se)2, в котором на подложке формируют
базовую пленку из последовательно осажденных слоев Cu, In и Ga и/или их бинарных селенидов, и/или сульфидов с требуемым для заданного стехиометрического состава пленки
атомным соотношением компонентов, а затем осуществляют ее отжиг при температуре от
220 до 550 °С при атмосферном давлении в атмосфере азота, смешанного с парами серы и
селена, в течение времени, необходимого для формирования однофазной пленки
Cu(In,Ga)(S,Se)2.
Фиг. 3
BY 11392 C1 2008.12.30
Изобретение относится к области полупроводниковой электроники и может быть использовано в технологических процессах при производстве солнечных элементов
Известен способ синтеза пленок твердых растворов Cu-xInxGa1-x(SeySi1-y)2
(Cu(In,Ga)(S,Se)2) электроосаждением [1], заключающийся в осаждении на электрод элементов базового слоя, растворенных в электролите, с последующей термически стимулированной рекристаллизацией осажденного слоя.
Недостатком способа является трудность управления химической реакцией, и не обеспечивается получение пленок большой площади с однородными физическими характеристиками, что обусловлено разбросом толщины осажденного слоя, его высокой пористостью и захватом электролита порами синтезированного материала.
Известен способ получения пленок Cu(In,Ga)(S,Se)2 вакуумным напылением [2], заключающийся в одновременном испарении Cu-, In-, Ga-, S-, Se-элементов из отдельных
тиглей на подложку, требующий создания и поддержания высокого вакуума (7×10-5 Па).
Недостатком способа является его высокая стоимость. Кроме того, он не обеспечивает получения пленок большой площади в едином технологическом цикле и вследствие этого
малопригоден для промышленного применения.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ синтеза
Cu(In,Ga)(S,Se)2 тонких пленок методом последовательного отжига в атмосферах H2Se/Ar
(первый этап отжига) и H2S/Ar (второй этап отжига) предварительно осажденных на подложку слоев Cu-In-Ga [3]. Данный способ не обеспечивает получения однофазного материала с контролируем составом по глубине слоя (соответственно с контролируемыми
фундаментальными физическими параметрами - ширина запрещенной зоны, коэффициент
оптического поглощения и т.д.). Кроме того, эта технология требует применения высокотоксичных соединений H2S и H2Se, что ведет к усложнению и удорожанию технологического процесса в связи с необходимостью обеспечения его экологической безопасности.
Задачей изобретения является синтез однофазных пленок Cu(In,Ga)(S,Se)2 с заданными физическими характеристиками (шириной запрещенной зоны, коэффициентом оптического поглощения и пр.) посредством контроля соотношения компонент, упрощение
технологии производства и повышение экологической безопасности процесса.
Поставленная задача решается тем, что способ получения тонкой пленки Cu(In,Ga)(S,Se)2
осуществляют в две стадии, на первой из которых на подложке формируют базовую пленку из последовательно осажденных слоев Cu, In Ga и/или их бинарных селенидов, и/или
сульфидов с требуемым для синтезируемого соединения атомным соотношением компонентов, а на второй осуществляют отжиг полученной структуры при температуре от 220
до 550 °С при атмосферном давлении в атмосфере азота, смешанного с парами серы и селена, в течение времени, необходимого для синтеза однофазной Cu(In,Ga)(S,Se)2 пленки.
Способ получения Cu(In,Ga)(S,Se)2 тонких пленок включает следующую последовательность операций:
формируют на исходной подложке (или на подложке с проводящим контактом) различными методами вакуумного напыления (термическим, ионно-плазменным и т.п.) элементы базового слоя (Cu-In-Ga) и/или их бинарные селениды, и/или сульфиды с
требуемым для синтезируемого соединения атомным соотношением;
отжигают полученную структуру в парах серы и селена.
Выбор температурного интервала обусловлен следующими факторами:
при температуре ниже 220 °С происходит термическая диффузия халькогенов S и Se в
базовый слой с образованием многофазной смеси из непрореагировавших бинарных интерметаллических соединений и бинарных халькогенидов меди и индия, что подтверждается данными рентгеновского фазового анализа;
в температурном интервале от 220 до 450 °С происходит синтез тройных соединений
CuInSe2/CuGaSe2 и CuInS2/(CuGaSe2) и их взаимное растворение с образованием твердого
раствора Cu(In,Ga)(S,Se)2 (фиг. 1);
2
BY 11392 C1 2008.12.30
в температурном интервале 450-550 °С происходит гомогенизация синтезированного
слоя и формирование однофазного материала Cu(In,Ga)(S,Se)2 (фиг. 2) с однородным распределением компонент по глубине (фиг. 3а) и шириной запрещенной зоны, линейно изменяющейся по глубине слоя (фиг. 3б);
при температурах свыше 550 °С происходит деградация микроструктурных характеристик (увеличение шероховатости поверхности, появление микропор) и смещение состава от стехиометрического, обусловленное реиспарением легколетучих компонент.
Совокупность указанных признаков позволяет расширить диапазон физических
свойств за счет применения твердых растворов Cu(In,Ga)(S,Se)2, упростить технологию
производства пленок твердых растворов Cu(In,Ga)(S,Se)2 за счет применения инертной
газовой атмосферы вместо среды с пониженным давлением, повысить экологическую
безопасность производства за счет исключения из технологического цикла высокотоксичных галогенсодержащих газов.
Пример технического выполнения.
На первом технологическом этапе на стеклянной подложке марки Corning-glass формируется базовый слой (precursor) из последовательно осажденных Cu + In + Ga.
Толщина каждого слоя рассчитывается исходя из его атомного веса, плотности и стехиометрической формулы синтезируемого соединения. Например, для получения пленки с
составом Cu0,73In1,18Ga0,09S0,87Se1,13 толщина слоев Cu, In и Ga должна составлять 0,5 мкм,
0,3 мкм и 0,1 мкм соответственно. Получаемый в результате синтеза слой имеет состав с
атомным содержанием компонент Cu = 18,340, In = 29,436, Ga = 2,188, S = 21,794,
Se = 28,242 (определенным по данным количественного рентгеновского микроанализа,
Stereoskan-360), что в пределах погрешности измерения близко к требуемому.
Слои наносятся методом термического распыления на установке вакуумного напыления УВН 71П-3 в вакууме 7⋅10-5 Торр. Температура подложки составляет 100-120 °С.
Второй этап - синтез соединения Cu(In,Ga)(S,Se)2 путем отжига интерметаллической
пленки Cu-In-Ga в парах серы и селена в реакторной зоне промышленной диффузионной
печи типа СДОМ. Подложки с осажденными слоями Cu-In-Ga помещаются в контейнер.
На расстоянии 2-3 мм под ними помещаются лодочки с гранулами серы и селена, с массами S и Se, равными соответственно 150 мг и 200 мг. Контейнер загружается в реакционную камеру трехзонной диффузионной печи и камера герметизируется металлической
заглушкой с выводом на вытяжную вентиляцию для того, чтобы пары серы и селена не
попадали в атмосферу помещения. Для удаления из реакционной камеры кислорода и создания инертной газовой атмосферы реакционная камера продувается газообразным азотом
с расходом 100 л/ч в течение 15-20 мин. Затем расход азота уменьшается до 6 л/ч, и контейнер вдвигается в зону с температурой 250-260 °С, в которой выдерживается 20-30 мин,
а затем перемещается в зону с температурой 480-550 °С и выдерживается 15-20 мин. Затем проводится остывание синтезированных пленок в течение 1 ч при токе азота 10 л/ч до
комнатной температуры. Давление паров халькогенов задается температурами горячих
зон и расстоянием от лодочек с серой и селеном до поверхности образцов.
Источники информации:
1. Kerr L.L., Kim S., Kincal S., Yoon S., Ider M., Anderson T.J. Rapid thermal processing
of CIS precursors. Proc. 29th IEEE PV Specialists Conf., 676-679, 2002.
2. Kim W.K., Payzant E.A., Yoon S., Anderson T.J., Grisalle O.D., Craciun V., Li S.S. Insitu investigation on reaction mechanism and kinetics of CuInSe2 formation from cu-In/Mo/glass
precursors using selenization Proc. Of national Centre for Photovoltaic and Solar Program review Meeting, Denver, CO, 2004.
3
BY 11392 C1 2008.12.30
3. Alberts A et. al. Material and device properties of single-phase Cu(In,Ga)(S,Se)2 alloys
prepared by selenisation/sulfirization of metallic alloys. Thin Solid Films, 2004. V. 451-452. P. 207-211.
Фиг. 1
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
226 Кб
Теги
by11392, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа