Исследование физических процессов в P-I-N-гетероструктурах на основе органического полупроводника CuPc и неорганического полупроводника GaAs
Диссертация
Для получения р-ьп-гетероструктуры р-СиРс/(ьСиРс)/п-СаАз были выбраны следующие компоненты: арсенид галлия, так как он обладает высокой л подвижностью электронов (|д.п= 11 500 см /В-с), большой шириной запрещенной зоны (Её=1,43 эВ при 300 К) — фталоцианин меди, обладающий следующими полупроводниковыми и оптическими свойствами — спектр поглощения от 400 до 800 нм, ширина запрещенной зоны Её=2,0… Читать ещё >
Содержание
- — Введение
- глава 1. рбзор литературы
- 1. 1. Солнечные элементы с гетеропереходом на основе неорганических полупроводников
- 1. 2. Солнечные элементы с гетеропереходом на основе органических полупроводников
- 1. 3. Солнечные элементы р-1-п-структуры на основе неорганических полупроводников
- 1. 5. 0. сновные свойства металлфталоцианинов
- 1. 5. 1. Структура и оптические свойства металлфталоцианинов
- 1. 5. 2. Полупроводниковые свойства металлфталоцианинов
- 1. 5. 3. Легирование металлфталоцианинов
- 2. 1. Электронная спектроскопия
- 2. 2. Выбор компонентов для получения р4-п-гетероструктуры р-СиРсД-СиРс/п-СаАБ
- 2. 3. Методика планирования эксперимента
- 2. 4. Экспериментальная установка
- 2. 5. Изготовление р4-п-гетероструктуры р-СиРсЛ-СиРс/п-СаАБ
- 3. 1. Энергетическая зонная диаграмма рЛ-п-гетероструктуры
- 3. 2. Методика обработки результатов эксперимента
- 3. 3. Спектральные характеристики р4-п-гетероструктуры
- 3. 4. Вольт-амперные характеристики р-1-п-гетероструктуры
- 3. 5. Люкс-амперные характеристики р-1-п-гетероструктуры
- 3. 6. Изучение деградации р-1-п-гетероструктуры
- 4. ¡-.Расчет тока, протекающего через барьер в р4-п-гетероструктуре
- 4. 2. Математическая модель природы фотоэффекта в р4-п-гетероструктуре
- 4. 3. Гибридная модель двойной инжекции в р4-п-гетероструктуре
Список литературы
- Шарма, Б.Д., Пурохит Р. К. Полупроводниковые гетеропереходы. М.: Сов. радио.-1979.-232с.
- Kamoun, N. Cellules solaires CdS/CuInSe2, prepares par pulverization chemique sans air/ N. Kamoun, S. Belgacem, M. Dachraoui, R. Bennaceu// Rev. Phys. Appl.-1987.-Vol.22, № 9.-P. 991−998.
- Rei?, J. Analysis of recombination losses im chalcohyrite solar cells/ J. Rei?, R. Klenk, M.C. Lux-Steiner// Ber. Hahn-Meitner-Inst.-2001, № 587.-P.105.
- Катеринчук, B.H. Гетеропереходы InSe-In4Se3 с полосой фоточувствительности 1.0−1.8 мкм/В.Н. Катеринчук, З. Д. Ковалюк, А.Д. Огородник// Инст. проблем материаловед. Академии наук Украины, Черновцы, Украина.-1994.-Вып.12, Т.28.-С.2096−2098.
- Бондарь, И.В. Фотовольтаические свойства оптического гетероконтакта InSe/CuAlS2/ И. В. Бондарь, В. Ю. Рудь, Ю. В: Рудь// Физ.-тех. инст. им. Иоффе РАН, С-П6.-1994, — № 12, Т.28.-С.2129−2133.
- Kuroyanagi, А. Фотоэлектрические характеристики гетеропереходов CdS/Zn3P2 со слоем CdS, нанесенным в процессе вакуумного испарения с ионизацией/ A. Kuroyanagi, Т. Suda// Trans. Inst. Elec. Eng. Jap.-1988.-Vol.108, №ll.-P.891−895.
- Basak, R.L. Photovoltaic properties of CdS/InP solar cells/ R.L. Basak, S. Chaundhuri, A.K. Pal// J. Mater. Sei. Lett.-1988.-Vol.9, № 10.-P. 1048−1049.
- Szatkowski, J. Solar energy conversion in Mg-Zn3P2 junction/ J. Szatkowski, K. Siezanski, J. Misiewicz, N. Mirowska, F. Krolicri// Opt. Appl.-1988.-Vol.18, № 3.-P.231−236.
- Chaundhuri, S. Electrical and optical properties of CdTe films and junction/ S. Chaundhuri, S.K. Das, A.K. Pal// Adv. Sol. Energy Technol.: Proc. Bien. Congr. Inf. Sol. Enegy Soc., Hamburg, 13−18 Sept., 1987. Vol. l-Oxford etc.-1988.-P. 175−179.
- Rakhshani, A.E. Heterojunction properties of electrodeposited CdTe/CdS solar cells//J. Appl. Phys.-2001.-Vol.90, № 8.-P.4265−4271.
- Tsugami, M. GaAs solar cells by MOCVD/ M. Tsugami, K. Mistsui// Optoelec.=Devices and Technol.-1989.-Vol.4,№l.-P.59−66.
- Torchynska, T.V. III-V material solar cells for space application/ T.V. Torchynska, G.P. Polupan// Semicond. Phys., Quantum Electron, and Optoelectron.-2002.-Vol.5, № 1 .-P.63−70.
- Singh, M. Current-voltage characteristics of polar heterostructure junction/ M. Singh, J. Singh, U. Mishra// J. Appl. Phys.-2002.-Vol.91, № 5.-P.2989−2993.
- Haw., Dec.5−9, 1994., Conf. Rec. 24th IEEE Photovolt. Spec. Conf.-94.-Vol.2.-Piscataway (N. Y.), 1994.-P. 1295−1298.
- Van Cleef, M.W.M. Significance of tunneling in p+amorphous silicon carbide/ n crystalline silicon heterojunction solar cells/ M.W.M. Van Cleef, R.E.I. Schropp// Appl. Phys. Lett.-1998.-Vol.73, № 18.-P.2609−2611.
- Froitzheim, A. Amorphous/crystalline-silicon heterojunction solar cells/ A. Froitzheim, R. Stange, H. Angermann, L. Elstner, W. Fuhs, K. Kliefoth, M. Schmidt// Ber. Hahn-Meitner-Inst.-2001, № 587.-P.99.
- Ultra-thin solar cells developed// Mod. Power Syst.-2003.-Vol.23, № 5.-P.ll.
- Федоров, М.И. Влияние легирования на фотопроводимость слоев фталоцианинов: Дис. .канд. физ.-мат. наук/ М. И. Федоров.-Черноголовка: ИХФ, 1972.-147с.
- Федоров, М.И. Исследование спектральной фоточувствительности двухслойных солнечных элементов на основе органических полупроводников/ М. И. Федоров, С. В. Масленников, В. А. Шорин, Ш. Р. Мелконян.- М.: 1989.-20с.- Деп. В ВИНИТИ 05.10.89, № 6129-В89.
- Федоров, М.И. Физико-химические, оптические и фотоэлектрические свойства органического полупроводника бордо периленового/ М. И. Федоров, С. В. Масленников, В. А. Шорин, Ш. Р. Мелконян// Журнал физической химии.- 1989.- Т. 63, Вып. 11.- С. 3081−3084.
- Федоров, М. И. Исследование физической природы гетеропереходов органический неорганический полупроводник и их применение: Дис. .докт. физ.-мат. наук/ М. И. Федоров.- Рязань, 2004.-229с.
- Масленников, C.B. Солнечные элементы с гетеропереходом на основе органических полупроводников/ C.B. Масленников, М. И, Федоров// Изв. вузов. Физика.- 1997.-Т.40,№ 1.-С.69−72.
- Пат. № 2 071 148 РФ. Способ изготовления твердотельного фотогальванического элемента для преобразования энергии света в электрическую энергию/ М. И. Федоров, В. А. Шорин, C.B. Масленников, С. К. Корнейчук, ВоПИ. Опубл. 27.12.1997. Бюлл. № 36.
- Пат. № 2 206 148 Кл H01L 31/18. Способ увеличения фоточувствительности фотоприемника с гетеропереходом/ М. И. Федоров, A.M. Чередник, В. К. Максимов, С. К. Корнейчук, ВГТУ.Опубл. 10.06.2003. Бюлл. № 16.
- Корнейчук, С.К. Фотоэлектрические характеристики фотоприемника на основе GaAs/CuPc/ С. К. Корнейчук, М.И. Федоров// Известия вузов. Физика.-1996.- № 7.-С.41−45.
- Пат. № 2 111 461 Кл G01 J 1/48. Измеритель интенсивности светового излучения/ М. И. Федоров, В. А. Шорин, C.B. Масленников,. С. К. Корнейчук, ВоПИ. Опубл. 20.05.98. Бюлл. № 14.
- Федоров, М.И. Измерители интенсивности излучения в широкой области спектра на основе n±GaAs/n-ClInPc/ М. И. Федоров, М. Н. Смирнова // Научно-методический журнал Саранского университета. -1999.-№ 2-с. 55−65.
- Breeze, A J. Polymer-perylene diimide heterojunction solar cells/ A.J. Breeze, A. Salomon, D.S. Ginley, B.A. Gregg, H. Tillmann// Appl. Phys. Lett.-2002.-Vol.81, № 16.-P.3 085−3087.
- Winder, C. Towards increasing the photon harvesting in bulk heterojunction polymer solar cells/ C. Winder, M.A. Loi, N.S. Saricifici and et.// 3 Conference on «Organic photovoltaic», Seattle, Wash., 10−11 July, 2002. Proc. SPIE. 2002. — P.22−23.
- Yakimov, A. High photovoltage multiple-heterojunction organic solar cells incorporating interfacial metallic nanoclusters/ A. Yakimov, S.R. Forrest// Appl. Phys. Lett.-2002.-Vol.80, № 9.-P. 1667−1669.
- Vertsimakha, Ya.I. Photoelectrical properties of interfaces between organic films and CdSSe// Mol. Cryst. and Liq. Cryst. Sci. and Technol. A.-2001.-Vol.355.-P.275−288.
- Podinger, F. Effects. of postproduction treatment. on plastic solar cells/. F. Podinger, R.S. Rittberger, N.S. Saricifici// Adv. Funct. Mater.-2003.-Vol.13, №l.-P.85−88.
- Peumans, P. Small molecular weight organic thin-film photodetectors and solar cells/ P. Peumans, A. Yakimov, S.R. Forrest// J. Appl. Phys.-2003.-Vol.93, № 7.-P.3693−3723.
- Chirvase, D. Temperature dependent characteristics of poly (3hexyethiophene)-fullerene based heterojunction organic solar cells/ D. Chirvase, Z. Chiquvase, M. Knipper, J. Parisi, V. Dyakonov, J.C. Hummelen//J. Appl. Phys.-2003.-Vol.93, № 6.-P.3376−3383.
- Shaheen, S.E. Fabrication of bulk heterojunction plastic solar cells by screen printing/ S.E. Shaheen, R. Radspinner, N. Peyghambarian, G.E. Yabbour// Appl. Phys. Lett.-2001.-Vol.59, № 18.-P.2996−2998.
- Carlson, D.E.// IEEE Trans, on Electron Devices, ED-24.-1977.-P.499.46.0kamoto, H.// Surf. Sci.-1979.-Vol.86.-P.486.
- Хамакава, И. Аморфные полупроводники и приборы на их основе/ Под. ред. Й. Хамакавы. Пер. с англ. А. Н. Морозова. М.: Металлургия, 1986.-376с.
- Hamakawa, Y.: Amorphous Semiconductors Technologies and Devices, ed. Y. Hamakawa (Ohm * North Holland, 1982) p. 134.
- Yamaguchi, T. et al. Jpn. J. Appl. Phys.- 1981.- Vol.20 Suppl 20 — 2 .-p.195.
- Williamson, P.A. Failure analysis of amorphous silicon solar cells/ P.A. Williamson, J.W. Lathrop// IEEE SOUTHEASTCON 87, Tampa, Fla, Apr.5−8., 19 $ 7. Conf. Proc. Vol.1, N.Y., 1987.-P.182−185.
- Fang, P.H. Excimer laser induced silicon amorphous-microcrystalline transformation and its solar cells applications// Sol. Cells.-1988.-Vol.25, №l.-P.27−29.
- Sazuki, К. Influence of oxides at metal electrode-amorphous silicon interface on solar cells characteristics/ K. Sazuki, M. Hirasaka, K. Nakatahi, H. Okaniwa//Thin. Solid Films.-1988.-Vol.l67.-P.85−93.
- Fukuda, N. Солнечный элемент с высоким КПД, изготовленный с использованием дисилана/ N. Fukuda, К. Miyachi, Н. Tanaka, Y. Ashida, Y. Ohashi// Trans. Inst. Elec. Eng. Jap. Cr.-1988.-Vol.102, № 8.-P.539−546.
- Van Veen, M.K. Beneficial effect of a low deposition temperature of hotwire deposited intrinsic amorphous silicon for solar cells/ M.K. van Veen, R.E.I. Schropp// J. Appl. Phys. 2003.- Vol.93,№ 1.- P.121−125.
- Nevin, W.A. Light-induced changes in hydrogenated and deuterated amorphous silicon films and solar cells/ W.A. Nevin, H. Yamagishi, K. Asaoka, H. Nishio, Y. Tawada// Appl. Phys. Lett.-1991.-Vol.59, № 25.-P.3294−3296.
- Garikepati, P. Charge transport in a-Si:H pin. solar cells under AC excitation/ P. Garikepati, T. Xue// Sol. Energy Mater, and Sol. Cells.-1992.-Vol.27, №l.-P.69−77.
- Lips, K. Transport and recombination in amorphous p-i-n-type solar cells studied by electrically detected magnetic resonance/ K. Lips, W. Fuhs//J. Appl. Phys.-1993.-Vol.74, № 6.-P.3993−3999.
- Wang, K. Electroluminescence and forward bias current in p-i-n and p-b-i-n a-Si:H solar cells/ K. Wang, M. Silver, D. Han// J. Appl. Phys.-1993.-Vol.73, № 9.-P.4567−4570.
- Chatterjee, P. Effect of a wide bandgapemitter layer and its pattering on the performance of a-Si:H based heterojunction solar cells// IEEE 1st World Conf. Photovolt. Energy Convers., Waikoloa, Haw, Dec.5−9, 1994: Conf.
- Rec.24th IEEE Photovolt. Spec. Conf.94.-Vol. 1 .-Piscataway (N.Y.), 1994.-P.595−598.
- Asensi, J.M. Collection asymmetry in a drift-driven p-i-n solar cell/ J.M. Asensi, D. Soler, M. Fonrodona, J. Bertomeu, J. Andreu// J. Non-Cryst. Solids.-2002.-Vol.299−302.-P:i 142−1146.
- Caputo, D. Degradation and annealing of amorphous by current injection experiment and modeling// Sol. Energy Mater, and Sol. Cells.-1999.-Vol.59, № 3.-P.289−298.
- Fujioka, H. Characteristics of field effect a-Si:H solar cells/ H. Fujioka, M. Oshima, C. Hu// J. Non-Cryst. Solids.-1998.-Vol.227−230.-P.1287−1290.
- Wen, L. The relationship between the performance of a-Si:H p-i-n- solar cells and their structural parameters/ L. Wen, C. Ji, F. Zwang, J. Zhao// J. Beijing Norm. Univ. Natur. Sci.-1999.-Vol.35, № 3.-P.361−365.
- Merten, J. Improved equivalent circuit and analytical model for amorphous silicon cells and modules/ J. Merten, J.M. Asensi, C. VozII IEEE Trans. Electron Devices.-1998.-Vol.45, № 2.-P.423−429.
- Lu, В. Исследование и изготовление солнечных элементов из аморфного кремния, предназначенных для работы при низкой освещенности/ В. Lu, J. Zheng, В. Zou, X. Wang, Z. Jia// Bandaoti guangdian= Semiconduct. Optoelectron.-2002.-Vol.23, № 5.-P.317−319.
- Takahama, Т. Новый тип солнечного элемента на основе кристаллического кремния/ Т. Takahama, Т. Nakai, Т. Sawada, М. Taguchi, S. Tsuge// San уо denki giho= Sanyo Techn. Rev.-1996.-Vol.28, № 1.-P.98−104.
- К. Duan// Bandaoti guangdian= Semiconduct. Optoelectron.-2002.-Vol.23, № 2.-P.92−95.
- Matsui, T. Microstructural dependence of electron and hole transport in low-temperature-grown polycrystalline silicon thin-film solar cells/ T. Matsui, P. Muhida and et.// Appl. Phys. Lett.-2002.-Vol.81, № 25.-P.4751−4753.
- Пат. 6 521 826 СШАб МПК7 H01L31/036. Thin film solar cell and fabrication method therefore/ K.K. Sharp, K. Wada/Юпубл. 18.02.2003, Бюлл. № 11−340 283.
- Wyrsch, N. Microcrystalline p-i-n-cells: a drift-controlled device?/ N. Wyrsch, P. Torres, J. Meier, A. Shah// J. Non-Ciyst. Solids.-1998.-Vol.227−230.-P.1272−1276.
- Meier, J. Recent progress in micromorphous solar cells/ J. Meier, S. Dubail, J. Coperus, N.H. Kroll// J.^Non-Cryst. Solids.-1998.-Vol.227−230.-P.1250−1256.
- Fantoni, A. Transport properties im microcrystalline silicon solar cells under AM 1,5 illumination analysed by two-dimensional numerical simulation/ A. Fantoni, M. Vieira, R. Martins// Solid-State Electron.-1999,-Vol.43, № 9.-P. 1709−1714.
- Lord, K. Light-induced increase in the open-circuit voltage of thin-film heterogeneous silicon solar cells/ K. Lord, B. Yan, J. Yang, S. Guha// Appl. Phys. Lett.-2001.-Vol.79, № 23 .-P.3 800−3 805.
- Пат.6 380 479 США, МПК7 H01L25/00. Photovoltaic element and method for manufacture thereof T. Nakai, H. Taniguchi, T. Ienada, Y. KadonadaII Опубл. 30.04.2002, Бюлл. № 9−67 690.
- Пат.6 566 596 США, МПК7 H01L31/04, H 01L31/0352. Solar cell and process of manufacturing the same/ K.K. Sharp, Y. Suzuki. 0публ.20.05.2003, Бюлл. № 2000−334 752.
- Pusu, M. Contribution of the ZnSe/CuGaSe2 heterojunction in photovoltaic performances of chalcopyrite-based solar cells/ M. Pusu, S. Sadewasser, Th. Glatsel and et.// Thin Solid Films.-2002.-Vol.403−404.-P.344−348.
- Fritsche, J. Band energy diagram of CdTe thin film solar cells/ J. Fritsche, D. Kraft, A. Thi{3en, T. Mayer, A. Klein, W. Jaegermann// Thin Solid Films.-2002.-Vol.403−404.-P.252−257.
- Шур, M. Современные приборы на основе арсенида галлия/ М.Шур.-М.: Мир, 1991.-632с.
- Арсенид галлия. Получение, свойства, применение/ Под ред. Ф. М. Кесаманлы, Д. Н. Наследова.- JL: Наука, 1973.-472с.
- Оптические свойства полупроводников (полупроводниковые соединения А3В5 типа)/ Под ред. Р. Уиллардсона, А. Вира.- М.: Мир, 1970.-488с.
- Мосс, Т. Полупроводниковая оптоэлектроника/ Т. Мосс, А. Б. Вербицкий, Я. И. Верцимаха, В. И. Трофимов.- М.: Мир', 1976.-431с.
- Алферов, Ж.И. Солнечные преобразователи на основе гетеропереходов p-AlxGai.xAs-n-GaAs/ Ж. И. Алферов, В.М. Андреев// ФТП.-1970.-Т.4, Вып. 12.-С.2378−2379.
- Андреев, В.М. Каскадные СЭ на основе соединений А3В5/ В. М. Андреев, В. Д. Румянцев, Л. Б. Карлина, В.П. Хвостиков// Теплоэнергетика.-1997.-№ 4.-С. 16−20.
- Симон, Ж. Молекулярные полупроводники. Фотоэлектрические свойства и солнечные элементы: Пер. с англ. / Ж. Симон, Ж.-Ж. Андре.- М: Мир, 1988.-344с.
- Гутман, Ф. Органические полупроводники: Пер. с англ./ Ф. Гутман, Л. Лайонс.- М.: Мир, 1970.-696с.
- Акопов, А.С. Термоокислительная деструкция металлфталоцианинов на воздухе/ А. С. Акопов, Б. Д. Березин, В. Н. Клюев, Г. Г. Морозова// Журнал неорганической химии.-1975.- Т.20,№ 5.- С.1264−1265.
- Yusunaga, Н. Effect oxygen on electrical properties of lead phthalocyanine/ H. Yusunaga, K. Kjima, H. Yahda// J. Phys. Soc. Japan.-1974.-Vol.37,№ 4.-P. 1024−1030.
- Fan, F.R. Photovoltaic effects of metal free and zinc phthalocyanine properties of illuminated thin-film cells/ F.R. Fan, L.R. Faulkner// J. Chem. Phys.-1978.-Vol.69.-P.3341−3349.
- Amal, K.G. Merocyanine organic solar cells/ K.G. Amal, T. Fend// J. Appl. Phys.-1978.-Vol.49.-P.5982−5989.
- Kanicki, T. Photovoltaic propertiesof pb/trans (CH)X Schottky barriers/ T. Kanicki, E.V. Donoct, S. Bauc// Solar cells.-1983 .-Vol.9.-P.281−288.
- Силинын, Э.А. Органические полупроводники/ Э. А. Силинын, Л. И, Тауре.- М.: Знание, 1980.-64с.
- Lever, А.В.Р. // Adv. Inorg. and Radiochem.-1965.-Vol.7.-P.27.
- Moser, F.H. Phthatocyanines, A.C.S.// F.H. Moser, A.L. Thomas Monograph 157, N.Y., Reinhold Publishing Corp., 163.1 lO. Berezin, B.D. Coordination Compounds of Porphyris and Phthatocyanines, N.Y., J. Wiley & Sons, 1981.
- Ш. Вербицкий, А. Б. Влияние кислорода на фото-э.д.с. пленок фталоцианина свинца в ближней ИК области/ А. Б. Вербицкий, Я. И. Верцимаха, В.И. Трофимов// Укр. журнал.-1994.-Т.39.-№ 7,8.-С.894−895.
- Фотоника органических полупроводников. Сборник статей института физики АН Укр. ССР/ Под ред. М. В. Курик.- Киев: Наукова думка.-1977.-188с.
- ИЗ.Курик, М. В. Молекулярные солнечные элементы/ М.В. Курик// Зарубежная радиотехника.- 1988.- № 10.-С.80−87.
- М.Смирнова, О. Ю. Фотоэлектрические характеристики солнечного элемента с p-i-n-структурой на основе n-GaAs и р-СиРс/ О. Ю. Смирнова, М.И. Федоров// Экология промышленного произволства.-2005.- Вып.1.-С.52−55.
- Пб.Смирнова, О. Ю. Исследование основных характеристик солнечного элемента p-i-n-структуры на основе СиРс/ Молодые исследователи — региону: Материалы Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов, — Вологда: ВоГТУ, 2003.- С.34−35.
- Смирнова, О.Ю. Фотоэффект p-i-n-структуры на основе органического полупроводника СиРс/ Вузовская наука региону: Материалы третьей всероссийской научно-технической конференции. В 3-х т.- Вологда: ВоГТУ, 2005.- Т.1.- С.261−263.
- Смирнова, О.Ю. Исследование физической природы гетероперехода органический неорганический полупроводник/ О. Ю. Смирнова, М. И. Федоров, А. А, Абильдин// Экология промышленного производства.-2005.- Вып.2.-С.48−50.
- Rose, A. Comparative Anatomy of Models for Double Injection of Electrons and Holes into Solids/ J. Appl. Phys. -1964.- Vol. 35,№ 9.-P.2664−2678.
- Hocob, Ю.Р. Оптоэлектроника/ 2-е изд., перераб. и доп.-М.: Радио и связь, 1989.-360с.