1.5 Вывод

Анализ технологий получения солнечного элемента показал что существуют трудности в получении относительно дешевого, качественного и эффективного солнечного. Таким образом, на основе проведенного анализа можно придти к выводу, что на основе метода ионно-лучевого осаждения можно получать солнечные элементы с минимальным количеством затрат энергии и времени при этом КПД тонкопленочного солнечного элемента полученного на основе ионно-лучевого осаждения не менее 10%. Есть и другие перспективные направления в развитии солнечных элементов, но все они являются достаточно дорогими и экономически не целесообразными. Во всех этих направлениях достигаются лишь высокие показатели к.п.д, но не учитываются сложности в изготовлении этих элементов, а так же дороговизны материалов. Можно сказать, что данные технологии не всегда обеспечивают технико-экономическую целесообразность промышленного производства. А это в условиях рыночных отношений является одним из главенствующим фактором. На основании анализа данных и учитывая то, что для ионно-лучевого осаждения начиная с операции тонкой очистки, и нанесения активных слоев на подложку проходят в едином технологическом пространстве, можно придти к выводу, что реализация данной технологии может значительно удешевит и упростить процесс производства солнечных элементов и повысить качество изделий.

Сформулированы и обоснованы задачи и направления исследований, включающие моделирование процессов ионно-лучевого осаждения и построение экспериментального образца установки ионно-лучевого осаждения и разработку технологии получения эпитаксиальных слоев и тонкопленочных солнечных элементов.

Глава 2 процесс осаждения из ионого пучка и расчет основных параметров ионно-лучевой установки

В настоящей главе осуществлено построение математической модели распыления вещества в плазме, управления ионным лучом и ионного осаждения. Произведен расчет функциональных узлов опытного образца экспериментальной установки ионно-лучевого осаждения /2/. Рассмотрены конструктивные особенности источника ионов, системы управления ионным лучом. Расчеты проводились для Al, Si, Ti, Pd, Ag применительно для получения тонкопленочных солнечных элементов /3/. Получены концентрационные зависимости скорости осаждения от ионного тока и радиуса ионного пучка.

2.1 Методика распыления вещества в плазме.

Для образования ионов, используемых при бомбардировке поверхности распыляемой мишени, между анодом и катодом в вакуумной камере создается тлеющий разряд. Он характеризуется наличием двух основных областей: небольшой по протяженности прикатодной, в которой сосредоточено основное падение потенциала, называемое прикатодным падением потенциала и области столба разряда, представляющей собой сильно ионизированный газ - плазму с высокой проводимостью. При сближении электродов анода и катода в первую очередь уменьшается протяженность положительного столба разряда. Электроны могут выходить из катода под действием фотоэмиссии. Для увеличения плотности эмиссии электронов применяют термоэмиссионные катоды. В сильном электрическом поле катодного падения потенциала электроны набирают энергию, определяемую напряженностью электрического поля и их подвижностью в данной области. Ионизация ведет к образованию положительных ионов газа. Ионы устремляются к мишени, на которую подан отрицательный потенциал относительно плазмы разряда, и распыляют ее /1/.

Явление физического распыления обусловлено передачей ускоренным ионом атому мишени энергии, превышающей пороговую энергию смещения, последующим перемещением атома в направлении к поверхности мишени и вылетом из нее. Основным механизмом катодного распыления является процесс передачи импульса либо путем непосредственного столкновения ускоренного иона с атомом мишени, либо путем ряда вторичных столкновений первично смещенных атомов. Очевидно, что при нормальном падении ионного пучка на мишень распыление может происходить только при последовательных вторичных столкновениях.

Физическое распыление вещества количественно характеризуется коэффициентом распыления К (ат/ион) - числом атомов, выбиваемых из мишени одним падающим на нее ионом /7/. Коэффициент распыления является величиной статической и определяется интегральным соотношением:

К=N_p/N, (2.1)

N_p - число атомов мишени, распыленных с единицы поверхности при облучении ее потоком ионов с дозой N.

Коэффициент распыления определяется характером атомных столкновений и структурой мишени. Для изотропных мишеней имеет вид:

, (2.2)

Es - энергия сублимации;

_а - сечение экранирования.

Коэффициент К₀ зависит от заряда ядра бомбардирующего иона Z₁ и атома мишени Z₂ и периодически изменяется с изменением Z₂.

При 3  Z₂  16

(2.3)

При Z₂  19

(2.4)

Максимальное значение коэффициента распыления:

(2.5)

Распыление изотропных веществ подчиняется закону косинуса:

K(α)=K(0)/cosα, (2.6)

К (0)—коэффициент распыления при нормальном падении иона на поверхность мишени,

при α=0 (α—угол падения ионов относительно нормали к поверхности).

где Е_R= 13,6 эВ — энергия Ридберга.

Из рисунка 2.1 видно, что эффективная энергия распыления лежит выше 2000 B, где коэффициент распыления К сильно зависит от массы ионов. На рисунке 2.2 показано схематическое изображение математической модели распыления материалов /11/.