Молекулярно-лучевая эпитаксия гетероструктур на основе Ge-Si-Sn для многокаскадных солнечных элементов

Цель проекта - поиск условий синтеза гетероструктур на базе материалов Ge-Si-Sn, согласованных по параметру решетки с Ge и GaAs, позволяющих реализацию эффективных многокаскадных солнечных элементов (СЭ). Сплавы GeSiSn могут представлять альтернативу материалам с шириной запрещенной зоны около 1 эВ (например, InGaAsNSb). Преимущество тройных соединений GeSiSn заключается в независимой регулировке ширины запрещенной зоны и параметра решетки. Для фиксированного отношения Si/Sn равного 4:1 можно получить семейство соединений, согласованных по параметру решетки с чистым Ge и имеющих значения ширины запрещенной зоны в интервале 0.7-1.2 эВ. Это позволит выращивать 4-х каскадные СЭ GaInP/GaAs/1эВ-GeSiSn/Ge с рекордной эффективностью. Предварительно нами выращена серия монокристаллических пленок GeSiSn, имеющих параметр решетки равный параметру решетки объемного Ge, а также построено семейство зависимостей 2D-3D перехода для этих пленок. Экстремум температурной зависимости критической толщины 2D-3D перехода для слоев GeSiSn смещается вдвое по температуре в область более низких температур в сравнении с зависимостью, относящейся к росту Ge на Si. Такое поведение связывалось нами с влиянием Sn в качестве сурфактанта, изменяющего поверхностную диффузию атомов Ge и Si. С учетом этого эффекта, стоит задача исследовать температурные и композиционные зависимости критической толщины 2D-3D перехода для пленок GeSiSn, имеющих параметр решетки Ge в широком диапазоне температур и составов. Кроме этого, необходимо оптимизировать условия роста тройных соединений для получения кристаллически совершенных и термически стабильных сплавов, выращенных как на подложках Si, так и на подложках Ge. В сравнении с бинарным сплавом GeSn, присутствие трех элементов в соединениях GeSiSn увеличивает энтропию за счет перемешивания и должно привести к увеличению термостабильности для одного и того же содержания Sn. Добавление Si не только увеличивает термическую стабильность, но и изменяет электронную структуру. Проведение зонной инженерии позволит создать соединение GeSiSn, имеющее нужную ширину запрещенной зоны вблизи 1 эВ.