Physical and Technological Foundations of the "Chloride" Treatment of Cadmium Telluride Layers for Thin-film Photoelectric Converters

Abstract

The process of deposition of cadmium chloride films during the «chloride» treatment of cadmium telluride base layers for thin-film photoelectric converters (PEC) was studied. It is established that to ensure the reproducibility of the thickness and phase composition of cadmium chloride films, it is necessary to take into account the high hygroscopicity of this material. It is shown that the optimal growth rate of cadmium chloride films is 0.1 µm per minute. At high growth rates, cadmium chloride particulates are deposited on the surface of the CdTe layer base, which causes shunting of the PEC during the «chloride» treatment. It is determined that after the «chloride» treatment of CdTe layers, a coarse-grained structure is observed, which is predominantly oriented in the thermodynamic equilibrium direction [422]. In this case, the average grain size increases to 5 µm. It is shown that when performing a «chloride» treatment, the optimum purity of cadmium chloride layers is 98 %, which is due to the doping of CdTe with copper atoms. The disadvantage of copper with the use of more pure cadmium chloride reduces the efficiency of the PEC due to the increase in the series resistivity and the decrease in the photocurrent density. It has been experimentally determined that the optimum thickness of cadmium chloride during the «chloride» treatment and the efficiency of the PEC obtained at the same time depends on the substrate used. Thus, for the ITO/CdS/CdTe/Cu/Au PEC, the optimum thickness of cadmium chloride is 0.40 μm, the efficiency is 9.6 %, and for the NaCl/ITO/CdS/CdTe/Cu/Au PEC – 0.10 µm and 6.4 %, respectively.

Исследован процесс осаждения пленок хлорида кадмия при проведении «хлоридной» обработки базовых слоев теллурида кадмия для тонкопленочных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП). Установлено, что для обеспечения воспроизводимости толщины и фазового состава пленок хлорида кадмия необходимо учитывать высокую гигроскопичность этого материала. Показано, что оптималь- ная скорость роста пленок хлорида кадмия составляет 0,1 мкм в минуту. При больших скоростях ро- ста на поверхности базового слоя CdTe осаждаются макрочастицы хлорида кадмия, что вызывает шунтирование ФЭП в процессе «хлоридной» обработки. Определено, что после «хлоридной» обработки слоев CdTe наблюдается формирование крупнозернистой структуры, которая преимущественно ори- ентирована в термодинамически равновесном направлении [422]. При этом средний размер зерна возрастает до 5 мкм. Показано, что при проведении «хлоридной» обработки оптимальная чистота сло- ев хлорида кадмия составляет 98 % , что обусловлено легированием CdTe атомами меди. Недостаток меди при использовании более чистого хлорида кадмия снижает эффективность ФЭП за счет возрас- тания последовательного электросопротивления и снижения плотности фототока. Экспериментально определено, что оптимальная толщина хлорида кадмия при проведении «хлоридной» обработки и до- стигнутая при этом эффективность ФЭП зависит от применяемой подложки. Так для ФЭП ITO/CdS/CdTe/Cu/Au оптимальная толщина хлорида кадмия составляет 0,40 мкм, эффективность – 9,6 %, а для ФЭП NaCl/ITO/CdS/CdTe/Cu/Au – 0,10 мкм и 6,4 %, соответственно.

Досліджено процес осадження плівок хлориду кадмію при проведенні «хлоридної» обробки базових ша- рів телуриду кадмію для тонкоплівкових фотоелектричних перетворювачів (ФЕП). Встановлено, що для забезпечення відтворюваності товщини і фазового складу плівок хлориду кадмію необхідно враховувати високу гігроскопічність цього матеріалу. Показано, що оптимальна швидкість росту плівок хлориду кадмію становить 0,1 мкм в хвилину. При великих швидкостях зростання на поверхні базового шару CdTe осіда- ють макрочастки хлориду кадмію, що викликає шунтування ФЕП в процесі «хлоридної» обробки. Визначе- но, що після «хлоридної» обробки шарів CdTe спостерігається формування крупнозернистої структури, яка переважно орієнтована в термодинамічно рівноважному напрямку [422]. При цьому, середній розмір зерна зростає до 5 мкм. Показано, що при проведенні «хлоридної» обробки оптимальна чистота шарів хлориду кадмію становить 98 %, що обумовлено легуванням CdTe атомами міді. Недолік міді при використанні більш чистого хлориду кадмію знижує ефективність ФЕП за рахунок зростання послідовного електроопору і зниження щільності фотоструму. Експериментально визначено, що оптимальна товщина хлориду кадмію при проведенні «хлоридної» обробки і досягнута при цьому ефективність ФЕП залежить від застосовуваної підкладки. Так для ФЕП ITO/CdS/CdTe/Cu/Au оптимальна товщина хлориду кадмію становить 0,40 мкм, ефективність - 9,6 %, а для ФЕП NaCl/ITO/CdS/CdTe/Cu/Au - 0,10 мкм і 6,4 %, відповідно.