Исследование физических процессов в многослойных фоточувствительных кремниевых структурах с наноразмерными элементами

Работа направлена на исследование прохождения и поглощения электромагнитного излучения в сложных структурах на основе кремния, содержащих наноразмерные объекты различной конфигурации и природы. Полученные научные знания позволят разработать технологии изготовления фотоэлектрических преобразователей для солнечных элементов с высокими эксплуатационными параметрами, способных работать в экстремальных условиях. Цель: исследование физических процессов, происходящих при поглощении света в сложных структурах, содержащих наноразмерные объекты для определения оптимальной структуры фотоэлектрического преобразователя солнечного элемента. Объект исследования: впервые предлагается как основа эффективного кремниевого фотоэлектрического преобразователя с высоким КПД многослойная структура, содержащая рабочий слой из нанокристаллов кремния и широкозонного материала типа карбида кремния, и диэлектрическое покрытие из фторидов или оксидов редкоземельных элементов (РЗЭ). Впервые предлагается использовать пористый кремний как нанокристаллический материал, т.к. стенки пор представляют собой неупорядоченную систему квантовых ям, нитей, точек. Методы: для повышения стабильности пористого слоя и уменьшения его электрического сопротивления создавать пористый слой локально на поверхности с затравками порообразования, использовать стабилизирующее покрытие, в качестве которых может выступать карбид кремния, оксиды и фториды РЗЭ. Актуальность: Наиболее широкое применение в наземной и космической фотоэнергетике имеют кремниевые ФЭП, что объясняется широкой распространенностью кремния в земной коре, нетоксичностью, хорошей его изученностью, существованием отлаженного производства кремниевых приборов, а, следовательно, возможностью получения дешевых элементов. Главной проблемой кремниевых ФЭП является сравнительно низкий КПД. Поэтому одним из основных условий их повсеместного внедрения является наряду со снижением себестоимости повышение КПД. Предполагаемые результаты: модель физико-химических процессов локального образования пористого кремния, методы создания наноструктурированного пористого кремния с заданной геометрией пор, композитных систем и гетероструктур на его основе, модель процесса прохождения и поглощения излучения в системах нанокристаллов, гетероструктурах и композитных системах на основе пористого кремния, модель процесса токопереноса в фоточувствительных барьерных структурах сложной формы. Область применения: наземная и космическая фотоэнергетика, материаловедение полупроводников. Теоретическая значимость: Существующие модели поглощения излучения в нанокристаллах не описывают механизмов поглощения в наноструктурированном пористом кремнии как неупорядоченной системе нанокристаллов различной формы с разбросом характерных размерных параметров, а существующие модели токопереноса не описывают протекания фототока в наноструктурированном пористом кремнии с р-n-переходом или гетероперходом. Практическая значимость: Замена используемых в настоящее время для солнечных батарей космического базирования многослойных структур на основе арсенида галлия на кремниевые той же эффективности приведет к уменьшению веса панелей, удешевлению их производства, к тому же будет базироваться на полностью отечественной технологии и отечественных исходных материалах.