Por favor, use este identificador para citar o enlazar este ítem:
http://inaoe.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1009/1078| Study of optoelectronic characteristics of photovoltaic devices based on Si and related films deposited by RF glow discharge at low temperature in a multichamber system | |
| Hiram Enrique Martinez Mateo | |
| ANDREY KOSAREV ISMAEL COSME BOLAÑOS | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Amorphous silicon IOW temperature PIN Hybrid | |
| The silicon-based materials deposited by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) are used in large area electronics and wide spread in almost all electronic products. The versatility of the PECVD process allows low temperature deposition processes (bellow 200°C) which are very attractive for fabrication of photovoltaic devices on low cost flexible substrates. The interest towards photovoltaic devices fabricated by glow discharge is mainly driven by the wide range of possibilities for material and interface engineering which provides better performance and complementary characteristics to those currently used in industrial scale manufacturing devices based on crystalline semiconductors together with the capability of device deposition in large areas.
This work is devoted to the study of fabrication process and characterization of p-i-n structures based on Si:H alloys deposited by low temperature glow discharge (Td<200°C). Devices are deposited by glow discharge at radio frequency RF (f=13.56 MHz) in PECVD cluster tool system. In this work photovoltaic devices in basic p-i-n configuration are mainly studied. Undoped (intrinsic) Si:H films deposited in the range of deposition temperature from Td 160°C to 200°C have been studied. The best films provide the Fermi energy value EF= 681 meV close to midgap energy, the low dark conductivity σd= 7.2 x10¯¹¹ Ω¯¹cm¯¹, and the σph/σdark = 2.5x10⁴ at Td=160°C.
Undoped SiGe:H films as narrow gap materials were also deposited at 160°C, characterized, and incorporated in device structures. Films with high content of Ge in solid phase (B=0.81%) deposited at high hydrogen dilution RH=75 exhibit a Fermi energy EF= 251 meV, and a photoconductivity Urbach energy of EUᵖᶜ= 76 meV. The lowest photoconductivity Urbach energy of EUᵖᶜ= 54 meV was found for SiGe:H film deposited with low hydrogen dilution RH= 9 (B= 0.44). Doped SiGe:H layers were also deposited at Td=160 °C when fabricating p-i-n devices.
Special attention was paid to the study of the frontal interface. A new interface engineering approach based on the experimental data obtained has been proposed. It includes deposition of two thin carbon based layers. The first undoped one is deposited by discharge with pure methane on transparent conductive oxide (ITO or AZO). The second is deposited with methane-silane-diborane mixture forming required SiC:H(B) p layer. Los materiales semiconductores depositados por la técnica de depósito químico en fase vapor asistido por plasma (PECVD) son usados por la industria electrónica en prácticamente todos los productos electrónicos. Una de las ventajas de la técnica PECVD es la fabricación a bajas temperaturas de depósito (por debajo de 200 °C) lo que la hace una técnica atractiva para la fabricación de dispositivos fotovoltaicos en sustratos plásticos de bajo costo. La fabricación de dispositivos mediante procesos asistidos por plasma no sólo permite realizar ingeniería de materiales y superficies para mejorar el desempeño de los dispositivos sino también fabricar dispositivos con características compatibles la tecnología basada en silicio cristalino aunado a la capacidad de fabricación en áreas largas. El presente trabajo está dedicado al estudio de los procesos de fabricación y caracterización de dispositivos tipo p-i-n basados en aleaciones de silicio depositados por PECVD a baja temperatura (Td<200°C). Los dispositivos son fabricados en procesos asistidos por plasma con una frecuencia de excitación de 13.56 MHz en un sistema de multi-cámaras. Se han estudiado las propiedades de películas de Si:H depositadas en un rango de temperatura de 160 a 220 °C. Las películas depositadas a 160° C mostraron una energía de fermi de EF= 681 meV cercano a la mitad de la banda óptica típica en Si:H, una conductividad en oscuridad σd= 7.2 x10¯¹¹ Ω¯¹cm¯¹ y σph/σdark = 2.5x104. Así mismo, se depositaron y caracterizaron películas no dopadas de SiGe:H. Las películas depositadas con alta dilución de hidrógeno RH=75 mostraron un alto contenido de germanio (B=0.81%), una energía de Fermi EF= 251 meV y una energía de Urbach de fotoconductividad EUᵖᶜ= 76 meV. La menor energía de Urbach de fotoconductividad, EF=54 meV, fue encontrada en una película de SiGe depositada a una baja dilución de hidrogeno RH= 9 (B=0.44%). Películas de SiGe:H dopadas con fosforo depositadas a 160°C también fueron incorporadas en dispositivos fotovoltaicos. El estudio de la interface frontal de los dispositivos p-i-n fue eje central en el presente trabajo. Con base en los resultados experimentales se propuso una nueva configuración para la interface frontal que incluye dos películas delgadas basadas en carbono. La primera película se deposita sobre el TCO (AZO o ITO) a partir de la disociación de metano mediante PECVD. | |
| Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica | |
| 2018-01 | |
| Tesis de doctorado | |
| Inglés | |
| Estudiantes Investigadores Público en general | |
| Martínez Mateo, H. E. (2018). Study of optoelectronic characteristics of photovoltaic devices based on Si and related films deposited by RF glow discharge at low temperature in a multichamber system, Tesis de Doctorado, Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica | |
| MICROELECTRÓNICA | |
| Versión aceptada | |
| acceptedVersion - Versión aceptada | |
| Aparece en las colecciones: | Doctorado en Electrónica |
Cargar archivos:
| Fichero | Tamaño | Formato | |
|---|---|---|---|
| MartinezMaHE.pdf | 5.96 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |