4.6 Вывод
В данной главе произведено моделирование процесса осаждения на разные типы подложек. Смоделированы методы осаждения – шаблонный и без шаблонный тип осаждения. Произведенные эксперименты показывают удовлетворительную сходимость результатов модели осаждения и опытных данных.
Рассмотрено взаимодействие осажденных тонкопленочных слоев и подложки. Отображен процесс роста пленок на подложке. Рассчитана адгезия пленки к подложке.
Рассмотрен процесс осаждение металлических слоев Ti и Al на подложку приведены результаты экспериментов.
Рассмотрен процесс осаждения полупроводниковых слоев Si. Показана технология легирования слоев кремния при ионно-лучевом осаждении, легирование как р-типа, так n-типа. Рассчитаны технологические параметры легирования – концентрации, скорости осаждения, приведены экспериментальные данные.
Рис. 4.15 Зависимость скорости осаждения от напряжения на ионном источнике
Рис. 4.16 Зависимость скорости осаждения слоя Si от диаметра ионного луча при различных концентрациях ионов в потоке.
Рис. 4.17 Изображение поликристаллического слоя Si осажденного на слой Al, (изображение увеличено в 800 раз)
Рис. 4.18 Зависимость скорости осаждения слоя Pd от диаметра ионного луча при различных концентрациях ионов в потоке.
Рис. 4.19 Изображение поликристаллического слоя Si осажденного на слой Al, (изображение увеличено в 800 раз)
Рисунок 4.20 Гребенчатая структура тонкопленочного солнечного элемента (Увеличено в 100 раз).
Рассмотрен процесс осаждения металлической гребенки на полупроводниковый слой Si. Отображена технология осаждения многослойной гребенки. Рассчитаны основные параметры процесса, приведены экспериментальные данные.
Рассчитана мощность поликристаллического солнечного элемента. Расчетная мощность удовлетворительно сходится с экспериментальными данными
На основе метода ионно-лучевого осаждения был построен опытный образец установки ионно-лучевого осаждения. В процессе опытных испытаний, в результате ионного осаждения, удалось получить эпитаксиальные слои с морфологией рисунка разрешением до 0.5 мм со степенью адгезии до 6 кг/мм2.
На базе опытного образца установки ионно-лучевого осаждения удалось получить поликристаллические тонкопленочные слои Al, Ti, Si, Ag, Pd на подложку из кварцевого стекла и обычного оконного стекла. Эпитаксиальные слои осаждения, по характеристикам удовлетворяют конструктивным параметрам поликристаллического тонкопленочного солнечного элемента.
На основе опытного образца установки ионно-лучевого осаждения был получен p-n переход между полупроводниками, так же в процессе осаждения удалось внедрить легирующую примесь (Al, As).
Создан тонкопленочный поликристаллический солнечный элемент с КПД не ниже 10 %. Время, затраченное на производство поликристаллического солнечного элемента, по технологии ионно-лучевого осаждения не превысило 15 минут.
Себестоимость данного солнечного элемента, полученного с помощью установки ионно-лучевого осаждения, площадью порядка 110 см2 составляет порядка 150 рублей – в несколько раз ниже аналогов, полученных другими технологическими методами. Из этого можно сделать вывод, что развитие ионно-лучевой технологии для производства тонкопленочных поликристаллических солнечных элементов перспективно и выгодно с экономической точки зрения. При производстве тонкопленочных элементов ионно-лучевым методом в производственных масштабах (крупные партии) возможно существенное снижение себестоимости солнечных элементов с сохранением надлежащего качества изделий.
Технология ионно-лучевого осаждения перспективна для создания на ее основе тонкопленочных солнечных элементов, а также других полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.
Выводы
Обзор проблематики по литературным данным показал, что использование технологии ионно-лучевого осаждения обеспечивает ряд преимуществ - такие как увеличение качества осаждаемых слоев, значительное уменьшение времени производства тонкопленочных поликристаллических солнечных элементов.
Рассчитаны параметры процесса распыления металлов и полупроводников в ионном источнике.
Разработан и изготовлен ионный источник. Рассчитаны оптимальные параметры распыления и концентрация плазмы в источнике.
Рассчитаны параметры процесса экстракции ионного луча. Произведен расчет оптимального значения напряжения на электродах экстрактора.
Рассчитаны параметры и изготовлено устройство экстракции ионов, показан оптимальный режим работы для процесса осаждения.
Разработано и изготовлено устройство фокусировки ионного луча, показан оптимальный режим работы системы для процесса осаждения. Произведен расчет напряжения и изменение сечения ионного луча в зависимости от напряжения.
Произведен расчет и изготовлено устройство сканирования ионного луча по подложке.
Рассчитан и исследован процесс осаждения тонкопленочных слоев. Было показано, что вывести точную модель осаждения достаточно сложно, трудно предусмотреть все факторы, влияющие на процесс осаждения.
Произведено осаждение металлического контакта на поверхность из кварцевого стекла. Проведен анализ веществ для получения омического контакта.
Произведено осаждение полупроводникового Si слоя p-типа на поверхность из кварцевого стекла с осажденным алюминием и титаном. Легирование полупроводникового слоя Si проводилось Al. [7].
Проведено осаждение базового слоя p-типа (полупроводникового слоя Si). Проведено осаждение высоколегированной области n+-типа. Проведено осаждение контактной гребенки.
Исследованы свойства полученных полупроводниковых и металлических тонких пленок, которые показали возможность создания на их основе достаточно эффективных и дешевых солнечных элементов.