donstuAdvanced Engineering Research (Rostov-on-Don)Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don)2687-1653Don State Technical University10.12737/1283donstu-419Research ArticleTECHNICAL SCIENCESТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИDERIVATIZATION OF PHOTOACTIVE STRUCTURES SI(N+)/SI(P)/SI(P+) THROUGH ION-BEAM CRYSTALLIZATIONПолучение фотоактивных структур Si(n+)/Si(p)/Si(p+) методом ионно-лучевой кристаллизацииВаравкаВ. Н.VaravkaV. N.ЧеботарёвС. Н.ChebotarevS. N.ПащенкоА. С.PashchenkoA. S.ИрхаВ. А.IrkhaV. A.Донской государственный технический университет, Россия.РоссияDon State Technical University, RussiaRussian FederationЮжный научный центр Российской академии наук, РоссияРоссияSouthern Scientific Centre of Russian Academy of Sciences, RussiaRussian FederationЮжный научный центр Российской академии наук, Россия.РоссияSouthern Scientific Centre of Russian Academy of Sciences, RussiaRussian FederationООО «СКТБ „Инверсия“», Россия.РоссияSpecial Design-Engineering Bureau “Inversiya” LLC, RussiaRussian Federation201330092013135-67784Copyright © Varavka V.N., Chebotarev S.N., Pashchenko A.S., Irkha V.A., 20132013Варавка В.Н., Чеботарёв С.Н., Пащенко А.С., Ирха В.А.Varavka V.N., Chebotarev S.N., Pashchenko A.S., Irkha V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-donstu.ru/jour/article/view/419

The physical and mathematical mass-transfer model of the ion-beam crystallization method is developed. The derivatization of photoactive structures Si(n+)/Si(p)/Si(p+) on 100 mm substrates through ion-beam crystallization is considered. The optimum conditions for the process: residual pressure in the growth chamber — 10−4 Pa; the substrate temperature — 550 °C; ion current density — 2 mA/cm2; acceleration voltage — 400 V; target — substrate distance — 150 mm are determined. The scanning electron microscopy data show that the grown photoactive structures have closely a faultless surface. The results demonstrate that the photoactive structures Si(n+)/Si(p)/Si(p+) offer the external quantum efficiency over 90 % in the wavelength range of 550—900 nm (spectrum AM 1.5) under the following conditions: front layer thickness Si(n+) — 100 nm; donor doping density n+ = 5∙1018 cm−3; layer thickness Si(p) — 130 μm; acceptor doping density p = 2∙1016 cm−3; layer thickness Si(p+) — 500 nm; acceptor doping density p+ = 1∙1018 cm−3.

Разработана физико-математическая модель массопереноса при ионно-лучевой кристаллизации. Рассмотрено получение фотоактивных структур Si(n+)/Si(p)/Si(p+) на подложках 100 мм методом ионно-лучевой кристаллизации. Определены оптимальные условия этого процесса: остаточное давление в ростовой камере — 10−4 Па; температура подложки — 550 °C; плотность ионного тока — 2 мА/см2; ускоряющее напряжение пучка — 400 В; расстояние «мишень — подложка» — 150 мм. Данные сканирующей электронной микроскопии показывают, что выращенные фотоструктуры имеют практически бездефектную поверхность. Установлено, что фотоструктуры Si(n+)/Si(p)/Si(p+) характеризуются внешним квантовым выходом более 90 % в диапазоне длин волн 550—900 нм (спектр AM 1,5) при следующих условиях: толщина фронтального слоя Si(n+) 100 нм, уровень легирования n+ = 5·1018 см−3, толщина слоя Si(p) 130 мкм, уровень легирования p = 2·1016 см−3, толщина слоя Si(p+) 500 нм, уровень легирования p+ = 1·1018 см−3.

ионно-лучевая кристаллизацияфотоактивная структуравнешний квантовый выход.ion-beam crystallizationphotoactive structureexternal quantum efficiency.ReferencesАлфёров, Ж. И. Тенденции и перспективы развития солнечной энергетики / Ж. И. Алфёров, В. М. Андреев, В. Д. Румянцев // Физика и техника полупроводников. — 2004. — Т. 38, вып. 8. — С. 937–948.Alferov, Z. I., Andreyev, V. M., Rumyantsev, V. D. Tendentsii i perspektivy razvitiya solnechnoy fotoenergetiki. [Development trends and prospects of solar photovoltaic energetic.] Fizika i tekhnika poluprovodnikov, 2004, vol. 38, iss. 8, pp. 937–948 (in Russian).Структуры GaAs c квантовыми точками InAs и As, полученные в едином процессе моле-кулярно-лучевой эпитаксии / В. Н. Неведомский [и др.] // Физика и техника полупроводников. — 2009. — Т. 43, вып. 12. — С. 1662–1666.Nevedomskiy, V. N., et al. Struktury GaAs c kvantovymi tochkami InAs i As, poluchennyye v yedinom protsesse molekulyarno-luchevoy epitaksii. [GaAs structures with InAs and As quantum dots obtained in a single process of molecular-beam epitaxy.] Fizika i tekhnika poluprovodnikov, 2009, vol. 43, iss. 12, pp. 1662–1666 (in Russian).Высокоэффективные двухпереходные GaInP/GaAs солнечные элементы, полученные ме-тодом МОС-гидридной эпитаксии / В. М. Лантратов [и др.] // Физика и техника полупроводников. — 2007. — Т. 41, вып. 6. — С. 751–755.Lantratov, V. M., et al. Vysokoeffektivnyye dvukhperekhodnyye GaInP/GaAs solnechnyye elementy, poluchennyye metodom MOS-gidridnoy epitaksii. [High-efficient GaInP/GaAs two-junction solar cells obtained by MOCVD.] Fizika i tekhnika poluprovodnikov, 2007, vol. 41, iss. 6, pp. 751–755 (in Russian).Чеботарёв, С. Н. Моделирование зависимостей функциональных характеристик кремни-евых солнечных элементов, полученных методом ионно-лучевого осаждения от толщины и уровня легирования фронтального слоя / С. Н. Чеботарёв, А. С. Пащенко, М. Л. Лунина // Вестник Южного научного центра. — 2011. — Т. 7, № 4. — С. 25–30.Chebotarev, S. N., Pashchenko, A. S., Lunina, M. L. Modelirovaniye zavisimostey funk-tsionalnykh kharakteristik kremniyevykh solnechnykh elementov, poluchennykh metodom ionno-luchevogo osazhdeniya ot tolshchiny i urovnya legirovaniya frontalnogo sloya. [Modeling dependencies of silicon solar cells functional characteristics obtained by method of ion-beam deposition on thickness and doping level of front layer.] Vestnik Yuzhnogo nauchnogo tsentra, 2011, vol. 7, no. 4, pp. 25–30 (in Russian).Ионно-лучевое осаждение фотоактивных нанослоёв кремниевых солнечных элементов / Л. С. Лунин [и др.] // Неорганические материалы. — 2012. — Т. 48, № 5. — С. 517–522.Lunin, L. C., et al. Ionno-luchevoye osazhdeniye fotoaktivnykh nanosloyev kremniyevykh solnechnykh elementov. [Ion-beam deposition of silicon solar cells photoactive nanolayers.] Neorganicheskiye materialy, 2012, vol. 48, no. 5, pp. 517–522 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.