Influence of Microsecond Pulse Helium Plasma Flow on the Surface Morphology and Crystal Structure of the Photovoltaic Converters Based on CdS/CdTe

Abstract

Досліджено вплив імпульсного опромінення гелієвої плазми тривалістю 10 мкс і поверхневим енергетичним навантаженням 0,2 МДж м –2 на елементно-фазовий склад, морфологію поверхні та кристалічну структуру тонкоплівкових гетеросистем на основі CdS/CdTe. Шари сульфіду кадмію та теллуриду кадмію були нанесені шляхом конденсації за допомогою методу гарячої стінки на скляну підкладку, покриту шаром FTO. Встановлено, що після одного імпульсу конструкція приладу залишається в робочому стані. Збільшення дози опромінення призводить до розпилення поверхні, утворення наскрізних пор розміром 0,5 – 2 мкм і сітки мікротріщин з двома характерними лусочками. Одна сітка тріщин утворюється в скляній підкладці, а друга – з тріщинами в плівці CdTe. Показано, що теплова дія плазми стимулює дифузію сірки; внаслідок цього збільшується частка твердих розчинів CdTe1- xSx, що утворюються в процесі отримання гетеросистеми CdS/CdTe. Крім того, у цих твердих розчинах підвищується вміст сірки, що призводить до їх розкладання з виділенням фази твердого розчину CdS1- yTey. Ці тверді розчини мігрують до поверхні CdTe через тріщини і спостерігаються як окремі кристали.

The influence of pulsed helium plasma irradiation, with a 10 µs duration and a surface energy load of 0.2 MJ m – 2, on the elemental and phase composition, surface morphology and crystal structure of thin-film heterosystems based on CdS/CdTe was studied. The cadmium sulphide and cadmium telluride layers were deposited by condensation via a hot wall method onto a glass substrate covered with an FTO layer. It was found that after one pulse, the device structure remains in working condition. An increase in the irradiation dose leads to surface sputtering, the formation of through pores 0.5 – 2 µm in size, and a microcracks network with two characteristic scales. One crack network is formed in the glass substrate, and the second network is formed with cracks in the CdTe film. It is shown that the thermal effect of plasma stimulates the diffusion of sulphur; as a result, the proportion of CdTe1 – xSx solid solutions formed in the process of obtaining the CdS/CdTe heterosystem increases. In addition, the sulphur content increases in these solid solutions, which leads to their decomposition with the separation of the CdS1 – yTey solid solution phase. These solid solutions migrate to the CdTe surface through cracks and are observed as separate crystals.