Тезисы
апрель 2017

Визначення фотоструму недопованого кремнію та шляхи його підвищення


Лапа М. О. , Нагорний А. А. , Лінючева О. В. , Ущаповський Дмитро Юрійович Ущаповський Д. Ю.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

На сьогодні технології на основі напівпровідникових матеріалів набули значного поширення в багатьох галузях промисловості, насамперед в комп'ютерній техніці. Широкого розповсюдження набули фотоелементи та поновлювані джерела енергії, принцип роботи яких базується на перетворенні напівпровідниками світлової енергії в електричну. Основним важливим параметром є ефективність перетворення світлової енергії в електричну.

Для визначення фотоелектричних характеристик напівпровідників можна використовувати електрохімічні методи, зокрема отримання поляризаційних кривих для певних електрохімічних реакцій, що можуть перетікати на поверхні напівпровідників у розчинах електролітів. В даній роботі запропоновано отримання катодних поляризаційних кривих у розчині гідроксиду натрію. При цьому на катоді (з кремнію) є можливим перебіг двох наступних реакцій:

,                                           (1)

.                                            (2)

Якщо припустити, що обидві реакції перебігатимуть із сповільненою стадією електрохімічного розряду, то величину фотоструму, при цьому, можна визначити як різницю між струмами виміряними при абсолютному затемненні та з додатковим освітленням певної інтенсивності.

Для отримання поляризаційних характеристик на недопованому кремнії використовувались розчини NaOH концентрацією 3,75 моль/л. (15%). Електрод порівняння – ртутно окисний, допоміжний електрод –платиновий, робочий електрод – кремнієва пластина площею 0,5 см2. Швидкість розгортки – 1 мВ/с. Для зняття поляризаційних кривих використовувалась трьохелектродна комірка. В якості джерела поляризуючих струмів використовувався потенціостат П-5827м. Потенціали робочого електрода вимірювались відносно ртутно-оксидного електрода та перераховувались у водневу шкалу.

Підготовка кремнієвого електрода проводилась шляхом знежирення в етиловому спирті (96%) та подальшого тралення у 10% плавиковій кислоті протягом 15 с. Отримані потенціодинамічні криві наведені на рисунку.

Як видно з рисунку, в інтервалі потенціалів катода –0,8…–1,3 В різниця між величинами струмів на поляризаційних кривих коливається в межах 6-10 мкА/см2. Отримана величина є відносно невеликою, однак, відповідає інтервалу значень фотострумів для недопованого кремнію [1].

Рисунок 1 – Катодні поляризаційні криві зняті на кремнії в розчині 3,75 М NaOH: 1 – з освітленням; 2 – без освітлення.

Збільшенню провідності напівпровідника та відповідно величини фотоструму може сприяти його допування. Зокрема для кремнію допованого осмієм величина фотоструму складає близько 40 мкА [2]. Для тих же цілей може бути використано введення в структуру кремнію срібла [3], що призведе до збільшення провідності напівпровідника, а отже і фотоструму. Однією зі стадій процесу допування напівпровідників може бути електроосадження на їх поверхню срібла. Гальванічне нанесення срібного покриття в місцях кріплення контактів також слугуватиме основою для створення більш ефективних з’єднань електроланцюгів, що дозволить мінімізувати втрати фотоструму при відведенні.

Розробка методики нанесення срібла лише на певні частини кремнієвої пластини можливо дозволить уникнути зниження поглинаючої здатності кремнію, при цьому значно збільшить ефективність фотоелемента.

References
  1. Переходный фототок и фотолюминесценция в пористом кремнии / Н.С. Аверкиев и др. // Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 10, с. 1244 – 1247.
  2. Фотоприемники на основе кремния, легированного осмием / М.С. Юнусов и др. // Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 12, с. 1465 – 1466
  3. Особенности фотоэлектрических свойств структур на основе мезопористого кремния с наночастицами серебра / Д.И. Биленко и др. // Письма в ЖТФ, 2015, том 41, вып. 21, с. 80 – 87.