Дополнительная медь помогает залечить дефекты
Осаждение из паровой фазы тонких пленок CIGSe – сложный процесс. Индий, галлий и селен сначала наносятся на подложку. Осаждение атомов меди и селена происходит на втором этапе.
Эти атомы мигрируют в слой In-Ga-Se. Здесь образуются крошечные кристаллы халькопирита CIGSe. Концентрация меди достигает правильного значения только на втором этапе.
Предыдущая фаза с низким содержанием меди характеризуется многочисленными дефектами внутри кристалла. Дефекты все больше исчезают при добавлении меди и селена.
Если после достижения «правильного» соотношения добавляется больше атомов меди и селена, то эти два элемента больше не вписываются в существующую кристаллическую матрицу и осаждаются в виде зерен меди и селена внутри и на поликристаллическом слое CIGSe. На самом деле это проблематично, так как зерна нужно удалять впоследствии. Тем не менее, они, по-видимому, играют важную роль в снижении дефектов почти до нуля, как показывает текущая работа.
Анализ растущих структур элементов в реальном времени
Доктор.
Роланд Майнц и его коллеги из HZB смогли наблюдать изменения в структуре пленки во время осаждения с помощью дифракции рентгеновских лучей на канале EDDI BESSY II – в режиме реального времени. В то же время они смогли использовать рентгеновскую флуоресценцию для анализа элементного состава тонкопленочного слоя по мере его роста. Одновременное наблюдение двумя методами позволило им получить новое понимание: «Аннигиляция дефектов происходит очень быстро – непосредственно перед тем, как избыточные медно-селеновые зерна осаждаются на поверхности пленки CIGSe и пленка попадает в медный слой. богатая фаза. До сих пор мы понимали, что только богатая медью фаза важна для роста зерен.
Теперь мы знаем, что он также играет важную роль в устранении дефектов », – поясняет Майнц.
Улучшение процессов осаждения из паровой фазы для получения высококачественных пленок CIGSe
Хелена Штанге, соавтор исследования, смоделировала влияние различных типов дефектов на дифракционный сигнал. Наблюдения на месте очень хорошо согласуются с моделированием и результатами, полученными из различных процессов построения изображений, используемых для изучения образцов на различных этапах осаждения командами из Института исследования твердого тела Макса Планка в Штутгарте, лаборатории SuperSTEM в Дарсбери, Англия, и в Институте Рака, Иерусалим.
Дополнительным важным результатом является то, что температура во время осаждения представляет собой относительно некритический параметр для устранения дефектов. Как только слой достигает состояния, богатого медью, не имеет большого значения, происходит ли процесс при 400 градусах Цельсия или 530 градусах Цельсия. Это понимание также помогает улучшить процедуру нанесения на большие площади поверхности.
Вместо того, чтобы пытаться поддерживать как можно более однородную температуру по всей поверхности, можно было бы оптимизировать другие параметры.