Анотація до роботи:

Черних О.П. Фотоелектричні властивості плівкових полікристалічних гетероструктур на основі сполук системи Cu-In-Ga-Se. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07. - Фізика твердого тіла. – Сумський державний університет, Суми, 2003.

У дисертації експериментально та теоретично проведені комплексні дослідження фотоелектричних властивостей плівкових полікристалічних гетероструктур із базовими шарами CIGS та CGS.

Експериментальне вивчення особливостей впливу матеріалознавчого рішення на фотоелектричні властивості у СЕ на основі CIGS і CGS проводилося шляхом атестації кристалічної структури базового шару, аналітичної обробки світлових і темнових ВАХ та визначення спектральних залежностей коефіцієнта квантової ефективності. Теоретичний аналіз фотоелектричних процесів грунтувався на математичному моделюванні впливу діодних параметрів на вихідні параметри СЕ.

У роботі вперше запропонована фізична модель деградації фотоелектричних властивостей СЕ на основі CuIn_0,7Ga_0,3Se₂ після витримки на повітрі протягом трьох років.

Вперше експериментально виявлено фізичні причини істотної відмінності теоретичних і експериментальних значень напруги холостого ходу “substrate” СЕ на основі CuGaSe₂ у порівнянні з СЕ на основі CuIn_0,7Ga_0,3Se₂.

Вперше виявлено фізичні механізми зниження ефективності “superstrate” СЕ у порівнянні з “substrate” СЕ на основі базових шарів CuGaSe₂.

1. Запропоновано та апробовано новий фізичний підхід до оптимізації фотоелектричних властивостей гетероструктур на основі сполук системи Cu-In-Ga-Se. Шляхом моделювання впливу світлових діодних параметрів на вихідні параметри СЕ на основі відповідних базових шарів теоретично ідентифікуються один, чи, у крайньому разі, два світлові діодні параметри, що визначають к.к.д., а потім експериментально досліджується вплив кристалічної та енергетичної структур на ці діодні параметри, що дозволяє запропонувати фізично-матеріалознавче рішення для покращання фотоелектричних властивостей гетероструктур.

2. Шляхом чисельного моделювання показано, що зафіксоване експериментально зниження зі швидкістю 1,7% у рік ефективності негерметизованих плівкових СЕ з базовим шаром CuIn_0,7Ga_0,3Se₂ при їх витримці на повітрі обумовлене збільшенням густини діодного струму насичення і зниженням шунтуючого опору.

3. Розроблена фізична модель деградації фотоелектричних властивостей негерметизованих СЕ на основі CuIn_0,7Ga_0,3Se₂ після витримки на повітрі протягом трьох років: на поверхні базового шару зароджуються вторинні фази In₂O₃ і Ga₂O₃, що супроводжуються генерацією вакансій акцепторного типу, а в об’ємі – зменшується концентрація атомів натрію, що зумовлює зростання рекомбінації нерівноважних носіїв заряду. В результаті зменшується к.к.д., з одного боку, за рахунок зниження шунтувального опору, а з іншого - за рахунок збільшення світлового діодного струму насичення. Такий механізм деградації СЕ зумовлює підвищені вимоги до їх герметизації при подальшому промисловому виробництві.

4. Шляхом математичного моделювання визначено, що істотна відмінність теоретичних і експериментальних значень напруги холостого ходу “substrate” СЕ на основі CuGaSe₂ у порівнянні із СЕ на основі CuIn_0,7Ga_0,3Se₂ зумовлено більш високими значеннями діодного струму насичення.

5. Визначено фізичний механізм зниження ефективності процесу поділу нерівноважних носіїв заряду в СЕ на основі CuGaSe₂: базові шари CuGaSe₂ характеризуються меншою структурною досконалістю і відсутністю інверсії типу провідності приповерхневої області, що сумарно приводить до підвищення значень густини діодного струму насичення. Визначені оптимальні режими термічної обробки досліджених “substrate” СЕ на основі CuGaSe₂, які дозволяють запобiгти пiдвищенню густини діодного струму насичення і збільшити к.к.д. до 7,7%.

6. Шляхом чисельного моделювання визначено, що зниження ефективності в “superstrate” у порівнянні з “substrate” СЕ на основі CuGaSe₂ обумовлене більш високими значеннями густини діодного струму насичення і послідовного опору.

7. Менша ефективність процесів розподілу та збирання нерівноважних носіїв заряду в “superstrate” гетероструктурах у порівнянні з “substrate” на основі CuGaSe₂ обумовлена наявністю на міжфазній межі ZnO-CuGaSe₂ прошарку з продуктів міжфазної взаємодії, який збільшує послідовний опір, та формуванням сепарувального бар’єра в дрібнокристалічній області, що приводить до існування в “superstrate” гетероструктурі двох паралельно з’єднаних СЕ. Один із СЕ має високi значення густини світлового діодного струму насичення та низький шунтувальний опір. Визначено оптимальні режими світлової обробки “superstrate” СЕ на основі CuGaSe₂, що дозволяють істотно збільшити к.к.д. за рахунок експериментально зафіксованого зникнення прошарку.

Публікації автора:

1. Boyko B.T., Khrypunov G.S., Chernykh O.P. Specific photoelectric and optical properties of CdS/CdTe film heterosystems with solid solution interlayers // Functional materials. – 2000. – Vol. 3. – P. 406-409.

2. Balboul M.R., Jasenek A., Chernykh. O., Rau U., Schock H.W. CuGaSe₂-based superstrate solar cells // Thin Solid Films. – 2001. – Vol. 387. – P. 74-76.

3. Бойко Б.Т., Хрипунов Г.С., Черних О.П. Дослiдження вихiдних та дiодних параметрiв плiвкових ФЕП на основi CuGaSe₂ // Фізика і хімія твердого тіла. – 2001. – Т. 2, № 3. – С. 435-440.

4. Boyko B.T., Kopach V.R., Khrypunov G.S., Chernykh O.P., Klochko N.P., Zakharchenko O.S. Storage and temperature effect on electrical parameters of film solar cells with CuIn_0,71Ga_0,29Se₂ base layer // Functional materials. – 2001. – Vol. 8, N 3. – P. 522-528.

5. Бойко Б.Т., Черних О.П., Хрипунов Г.С., Копач Г.І. Плівкові фотоелектричні перетворювачі на основi CuGaSe₂ // Фізика і хімія твердого тіла. – 2001. – Т. 2, № 4. – С. 549-558.

6. Копач В.Р., Листратенко А.М., Хрипунов Г.С., Черных Е.П. Зависимость электрических параметров и спектрального отклика кремниевых фотопреобразователей от условий диффузионного легирования и морфологии поверхности их базовых кристаллов // Вестник Харьковского государственного политехнического университета “Новые решения в современных технологиях”. – 1998. – Вып. 17. – С. 76-77.

7. Boyko B.T., Borschev V.N., Chernykh E.P., Kopach V.R., Listratenko A.M. Performance and internal parameters of ukrainian n⁺-p single crystal silicon solar cells at present and in future // International school-conference on physical problems in material science of semiconductors. – Chernivtsi (Ukraine). – 1995. – P. 230.

8. Бойко Б.Т., Черных Е.П., Копач В.Р., Хрипунов Г.С. Влияние толщины и уровня легирования базовых кристаллов на выходные параметры кремниевых фотопреобразователей // Международная школа-конференция по информационным технологиям “microCAD’97”. – Харьков (Украина). – 1997.– С. 356-359.

9. Черных Е.П. Электрические параметры кремниевых фотопреобразователей на основе легированных бором кристаллов кремния // 1-я городская научно-практическая конференция “Актуальные проблемы современной науки в исследованиях молодых ученых Харькова”. – Харьков (Украина). – 1997. – С. 94-95.

10. Khrypunov G., Boyko B., Chernykh O. The investigation of solid solutions thin interlayers in CdS/CdTe film heterosystems // Transaction of third international symposium “Vacuum Technology and Technique”. – Kharkov (Ukraine). – 1999. – Vol. 2. – P. 255-258.

11. Бойко Б.Т., Копач Г.И., Черных Е.П., Хрипунов Г.С. Пленочные фотоэлектрические преобразователи на основе CuGaSe₂ // Международная конференция по физике и технологии тонких пленок “МКФТТП-YIII”. - Ивано-Франковск (Украина). – 2001. – С. 25-26.

12. Khrypunov G., Boyko B., Chernykh O., Meriuts A. The simulation of diode parameter influence on photovoltaic characteristics of the Cu(In,Ga)Se₂ thin film solar cells // 17^th European photovoltaic solar energy conference and exhibition. Munich (Germany). – 2001. – P. 1140-1142.