Исследование электрофизических свойств солнечного элемента с наногетеропереходами на некристаллической кремниевой подложке

Исследованы электрооптические свойства материалов, входящих в состав солнечного элемента на основе некристаллического технического кремния. Определены, в какой мере они в качестве эффективных компонент наногетероперехода пригодны для преобразования энергии излучения в электричество. Определены основные факторы, препятствовавшие активному использованию технического кремния: отсутствие свободных носителей тока, слабая электропроводность, высокая степень бесструктурности, наличие достаточно большой концентрации глубоких LDES – локальных дефектных энергетических состояний. Сделан вывод о том, что электроны в этих глубоких состояниях могут способствовать (и это весьма важно!) возникновению наномасштабного электрического контактного поля. Выявлены также особые преимущества именно некристаллического кремния с богатым содержанием LDES в качестве эффективного материала для солнечного элемента. Отмечено, что эти качества некристаллического кремния, однако, проявляются в наноразмерном состоянии только в сочетании с нанокристаллическими халькогенидами свинца PbX, где X может быть также серой (S), селеном (Se) и теллуром (Te). Важным выводом работы является также то, что подобные положительные преобразующие электрофизические свойства характерны для многих полупроводников в нано-размерном состоянии, если энергетический спектр их электронов подобен спектру в нано-размерном собственном кристаллическом полупроводнике. Доказано, что данное контактное поле формируется за счет самоорганизующегося роста «островков» – кристаллических нано-включений PbX в местах, где сам c-PbX естественным образом находит кремниевый нанокристаллит (c-Si) с практически идентичной кристаллической структурой (в этом и заключается особенность самоорганизующегося роста!) с последующим образованием ⟨c-Si::c-PbX⟩ – наногетероперехода. Рассчитаны параметры контактного поля; определено число N электронов, формирующих контактное поле; проведен численный анализ электрофизических параметров наногетероперехода.