Изменение дефектности профилированного кремния Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН.

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2007. № 5

УДК 621.383

ИЗМЕНЕНИЕ ДЕФЕКТНОСТИ ПРОФИЛИРОВАННОГО КРЕМНИЯ

© 2007 г. С.А. Онищук

Профилированный кремний давно известен как материал, используемый в качестве подложек в производстве солнечных элементов (СЭ) наземного применения [1]. Была отмечена значительная неоднородность электрофизических [2] и механических [3] свойств кристаллов профилированного кремния. Кроме того, профилированный кремний обладает колоссальным количеством структурных дефектов и дефектных областей. Для СЭ неоднородность материала и его дефектность является отрицательным фактором, снижающим КПД приборов. С другой стороны, такой материал является хорошим полигоном для исследования взаимодействия дефектов при различных видах воздействия. При этом существуют различные способы получения материала с большей или меньшей степенью дефектности. Это сводится к увеличению или уменьшению концентрации и рекомбинационной активности дефектов.

Целью данной работы является исследование способов получения профилированного кремния с различной дефектностью.

В качестве критерия дефектности пластин кремния можно использовать диффузионную длину или время жизни неосновных носителей заряда. Для этой цели также подходит КПД СЭ, так как солнечный элемент представляет собой слоистую структуру с диффузионным /»-«-переходом и металлическими контактами. Было установлено, что на дефектность исследуемого материала влияют три основных фактора, а именно состав сырья для выращивания кристаллов, технология выращивания и послеростовые обработки.

Сырьем для выращивания профилированных кристаллов как правило являются отходы монокристаллического кремния, используемого в полупроводниковом производстве. Исследования показали, что сырье с примесями, образующими глубокие уровни в запрещенной зоне кремния, снижают КПД [4]. Однако помимо сырья источником примесей является также графитовый формообразователь, опущенный в расплав. Очистку расплава от примесей металлов можно производить путем введения в шихту добавок редкоземельных элементов, таких как гольмий и гадолиний. Было установлено, что и Но и Gd образуют с металлами высокотемпературные сплавы и оседают на дно тигля. В профилированные кристаллы металлы практически не попадают, что позволяет исключить их вклад в общую дефектность материала [5].

Технология выращивания профилированного кремния позволяет получать кристаллы с заданным типом межзеренных границ. Рекомбинационная активность мозаичной структуры существенно выше,

чем у крупноблочной, или чем у протяженных областей с двойниковыми границами. Одним из приемов влияния на дефектность кристаллов во время роста является специальная ориентация затравки.

Было установлено, что при использовании в качестве затравки пластин монокристаллического кремния с поверхностью {111} область кристалла вблизи границы затравления имеет направление двойниковых границ, с точностью до 1 ° совпадающих с направлением <110> монокристаллической затравки. Причем образование протяженных областей с двойниковыми границами происходит, если это направление отклонено на угол не более 22 ° от оси роста кристалла.

При ориентации затравки {111}<112> в направлении вытягивания с точностью до 8 ° образовывалась мозаичная структура, причем часть межзеренных границ с точностью до одного градуса совпадала с направлением <110> монокристаллической затравки, и такие границы пересекались между собой под углом приблизительно 60 °. В процессе роста эта структура становилась крупнозеренной. Таким образом, с помощью ориентации затравки можно получать различные виды структуры, вырезая пластины из разных областей выращенного кристалла [ 6 ].

В качестве послеростовых обработок наиболее эффективными оказались высокотемпературный отжиг и пластическая деформация.

Было установлено, что при увеличении продолжительности отжига до 10 часов при температуре 1200 °С происходит снижение рекомбинационной активности материала. Причем процессы нагрева и охлаждения со скоростью приблизительно 8 град/мин образцов оказывают слабое влияние на дефектность профилированного кремния (одна партия пластин была подвергнута так называемому «нулевому» отжигу, при котором образцы нагревались в печи до температуры отжига, после чего охлаждались вместе с печью).

С одной стороны, при высокотемпературной обработке происходит сегрегация О и С на границах зерен и дислокациях, что повышает их электрическую активность. С другой стороны, в результате отжига происходит связывание углерода с кислородом и примесями металлов на дислокациях, что приводит к очищению объема монокристаллических зерен от части рекомбинационных центров. При увеличении продолжительности отжига подложек до 24 ч наблюдалось увеличение электрической активности дефектов. Вероятно, отжиг такой продолжительности сопровождается ростом кислородных преципитатов, что приводит к нарушениям структуры монокристаллических зерен и усилению в них рекомбинационных про-цессов[7].

ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН.

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2007. № 5

Пластическая деформация производилась в интервале температур 800-1110 °С и диапазоне скоростей деформации от 2 до 14 мм/мин. Из полученных образцов были изготовлены СЭ и измерены их характеристики. Измерения спектральной чувствительности показали, что происходит уменьшение диффузионной длины в базе прибора. Это связано с увеличением плотности дислокаций и высокой начальной скоростью охлаждения образцов (около 50 град/мин), приводящей к ухудшению структуры материала [ 8 ].

В результате проведенных исследований с помощью изменения состава сырья для выращивания кристаллов, специальных приемов технологии выращивания и послеростовых обработок получен профилированный кремний с различной дефектностью.

Литература

1. Онищук С.А. Использование профилированного кремния в солнечных батареях // Тр. Всесоюз. науч.-техн. общества энергетиков и электротехников. Краснодар, 1990. С. 98-105.

2. Онищук С.А. Неоднородность свойств кристаллов профилированного кремния // Тез. докл. 8 Всесоюз. конф. по росту кристаллов. Харьков, 1992. С. 463-464.

Адгезионная прочность коррозионно-устойчивого покрытия является одной из его важнейших механических характеристик. Основными факторами, под действием которых может произойти разрушение адгезионных соединений, являются температура, механическая нагрузка и воздействие жидких агрессивных сред. Термическое разрушение адгезионных соединений, наступающее вследствие физических превращений, относится к редким явлениям [1]. Чаще имеет место разрушение адгезионных соединений как следствие механических воздействий. Слабым местом адгезионного соединения служит зона контакта покрытия с металлом, на который оно наносится. Разработаны различные методы измерения адгезионной прочности. Помимо проблем, связанных с множественностью методов испытания, сложности возникают при интерпретации результатов, поскольку разруше-

3. Малышева С.В., Онищук С.А. Механические свойства кристаллов профилированного кремния // Кристаллизация и свойства кристаллов: Межвуз. сб. Новочеркасск, 1993. С. 114-117.

4. Кондратьева Л.А., Лозовский В.Н., Ластушкина О.В., Масенко Б.П., Политова Н.Ф., Онищук С.А., Шебзухов ДА. Использование отходов полупроводникового кремния в производстве наземных ФЭП // Гелиотехника. 1990. № 2. С. 40-43.

5. Василенко Н.Д., Городниченко О.К., Грек И.О., Онищук С.А., Спектор К.М. Исследование профилированного кремния, легированного РЗЭ, в качестве материала для СЭ // Фотоэлектрические явления в полупроводниках: Тез. докл. Всесоюз. науч. конф.: Ташкент, 1989. С. 438-439.

6. Богатов Н.М., Масенко Б.П., Онищук С.А. Двойниковые структуры в профилированном кремнии // Материалы Всесоюз. совещания по получению профилированных кристаллов и изделий способом Степанова и их применению в народном хозяйстве. Л., 1989. С. 199-201.

7. Богатов Н.М., Малышева С.В., Онищук С.А. Использование высокотемпературного отжига профилированного кремния для повышения эффективности солнечных элементов // Изв. АН СССР. Сер. физическая 1994. Т. 58. № 9. С. 138-143.

8. Масенко Б.П., Онищук С.А. Применение перепрофилиро-ваного кремния в производстве солнечных элементов // Перспективы научно-технического и экономического развития МГО КВАНТЭМП: Тез. докл. науч.-техн. конф. М., 1990. С. 176-177.

2007 г.

ние может иметь не адгезионный, а когезионный характер. Можно сказать, что с практической точки зрения не имеет значения, является ли разрушение адгезионным или когезионным, так как при испытаниях определяется прочность самого слабого звена [2].

Цель работы - изучить влияние исходных компонентов композиционного покрытия с полимерной матрицей натрий-карбоксиметилцеллюлозой (№-КМЦ, ТУ 6-55-40-96), пластифицированной глицерином, наполненной дисперсным порошком алюминия (АСД-1, ТУ 48-5-226-87) на величину адгезионной прочности состава к стальной поверхности (марка 08КП) и выявить основные закономерности механизма адгезии. Поставленная задача решалась с применением методов математического планирования эксперимента, полученные данные обрабатывались в системе

Кубанский государственный университет, г. Краснодар 10 мая

УДК 678

АДГЕЗИОННАЯ ПРОЧНОСТЬ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЫ НАТРИЙ-КАРБОКСИМЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗЫ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМ ДИСПЕРСНЫМ НАПОЛНИТЕЛЕМ

© 2007 г. Н.М. Антонова