The Prospects of Obtaining a New Material with a Hetero-Baric Structure Gexsi1 – x-Si Based on Silicon for Photo Energy Applications

Abstract

У даній роботі визначено технологічні параметри та процеси для отримання сплавів GexSi1 – x дифузійним методом шляхом введення атомів германію в монокристалічний кремній. Результати досліджень свідчать про те, що параметри отриманих сплавів GexSi1 – x відрізняються від параметрів вихідного кремнію, зокрема змінюються значення енергії забороненої зони кремнію. Елементний аналіз поверхонь зразків виявив концентрацію кремнію (в атомних відсотках) приблизно ~ 70,66 % і германію ~ 29,36 %. Для виготовлення та дослідження параметрів кремнієвих сонячних елементів з гетероструктурами GexSi1 – x–Si використовувалися зразки, отримані двома різними методами. У першому методі p-n-перехід формувався введенням домішкових атомів фосфору у вихідний кремній p- тип марки кремнію. У другому методі p-n-перехід був утворений шляхом дифузії бору у вихідний кремній марки SEPH (кремнієвий електронний тип, легуючий матеріал фосфору). В обох випадках глибина p-n-переходу становила від 0,5 до 6 мкм. Також було показано, що бінарні сполуки GexSi1 – x є новим матеріалом для сучасної електроніки; показана можливість формування на їх основі нових електронних пристроїв та функціональних високоефективних сонятних елементів.

This study defines the technological procedures for obtaining GexSi1 – x alloys through the diffusion method by introducing germanium atoms into monocrystalline silicon. The research results indicate that the fundamental parameters of the resulting GexSi1 – x alloys differ from the fundamental parameters of the initial silicon, particularly altering the energy values of silicon's forbidden zone. Elemental analysis of the sample surfaces revealed silicon concentration (in atomic percentages) of approximately ~ 70.66 % and germanium ~29.36%. To manufacture and study the parameters of silicon-based solar cells with GexSi1 – x–Si heterostructures, we used samples obtained by two different methods. In the first method, the p-n junction was formed by introducing phosphorus impurity atoms into the original silicon of p-type silicon grade. In the second method, the p-n junction was formed by boron diffusion into the original silicon of SEPH (silicon electronic type, doping material of phosphorus) grade. In both cases, the depth of the p-n junction ranged from 0.5 to 6 µm. It was also shown that the binary compounds GexSi1 – x are a new material for modern electronics; the possibility of creating properties in electronics based on them was shown. Based on them, it is proposed to create devices and new functionality and highly efficient solar cells.