vestnik Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества Ecological Bulletin of Research Centers of the Black Sea Economic Cooperation 1729-5459 Кубанский государственный университет RU 706 Научная статья Original article Статьи Article Моделирование функциональных характеристик фотоэлектрических преобразователей на основе многокомпонентного твердого раствора AlxGa1-xAs, полученного жидкофазной эпитаксией Modelling of the functional characteristics of photoelectric converters based on multi-component solid solution AlxGa1-xAs, received from a liquid phase epitaxy Арустамян Д.А. Арустамян Давид Арсенович Arustamyan David A. galeriandavid@gmail.com

аспирант кафедры физики и электроники Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М.И. Платова

 Чеботарев С.Н. Чеботарев Сергей Николаевич Chebotarev Sergey N. chebotarev.sergei@gmail.com

д-р физ.-мат. наук, старший научный сотрудник лаборатории "Кристаллы и структуры для твердотельной электроники" Южного научного центра РАН, заведующий кафедрой физики и электроники Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) им. М.И. Платова

 Лунин Л.С. Лунин Леонид Сергеевич Lunin Leonid S. lunin_LS@mail.ru

д-р физ.-мат. наук, заведующий отделом нанотехнологий, солнечной энергетики и энергосберегающих технологий Южного научного центра РАН

 Лунина М.Л. Лунина Марина Леонидовна Lunina Marina L. lunin_LS@mail.ru

канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник лаборатории "Солнечная энергетика" Южного научного центра РАН

 Казакова А.Е. Казакова Алёна Евгеньевна Kazakova Alena E. kazakovaalena92@gmail.com

аспирант кафедры физики и электроники Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М.И. Платова<

 Пащенко А.С. Пащенко Александр Сергеевич Pashchenko Aleksandr S. as.pashchenko@gmail.com

канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник лаборатории "Кристаллы и структуры для твердотельной электроники" Южного научного центра РАН

 Южно-Российский государственный технический университет (НПИ) им. М.И. Платова, Новочеркасск, Ростовская областьPlatov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Rostov Region Южный научный центр РАН, Ростов-на-ДонуSouthern Scientific Center, Russian Academy of Science, Rostov-on-Don 22 12 2016 4 5 12 21 10 2016 06 11 2016 22 12 2016 Copyright (c) 2016 Арустамян Д.А., Чеботарев С.Н., Лунин Л.С., Лунина М.Л., Казакова А.Е., Пащенко А.С. 2016 Арустамян Д.А., Чеботарев С.Н., Лунин Л.С., Лунина М.Л., Казакова А.Е., Пащенко А.С. Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

The most important technological problems of solar energetics are reduction of production costs of photoelectric converters and increase their efficiency. This paper presented a theoretical and experimental study of solar cells based on solid solution AlxGa1-xAs, received from a liquid phase epitaxy. The investigated structure was grown by means of liquid phase epitaxy. The GaAs plate was used as a substrate. The Al0.28Ga0.72As base layer was grown according to the cascade method of refrigeration. Thin emitter layers Al0.1Ga0.9As and a wide bandgap window Al0.9Ga0.1As were produced at lower temperatures (600 °C), from a thin layer of molten aluminum gallium arsenic (0.5 mm thick). The modelling was performed by using AFORS-HET program. During the simulation the following parameters of semiconductor layers were changed: composition of the ternary solution, thickness of the layers, doping level of the layers. Characteristics of the layers for different AlxGa1-xAs compositions were calculated by means of MATLAB 7 application program package. No defects were supposed to be present in the structure, the temperature of the photoelectric converter and the environment was equal to 300 K, multiplicity of radiation was equal to 1, and the conditions of sunlight lighting were equal to AM 1,5. The article shows that an optimum composition of the solid solution for the base layer Al0.28Ga0.72As, is the following: the thickness of layer is 100 microns and the concentration of the acceptor impurity is 1019 cm-3. For the emitter layer Al0.1Ga0.9As optimum layer thickness is 50 nm, optimum concentration of the donor impurity is 1016 cm-3 and the wide bandgap window Al0.9Ga0.1As optimum thickness is 50 nm, optimum concentration of impurity is 2.5$\cdot$1017 cm-3. The conversion efficiency in this case can reach 40.99%.

В статье представлены результаты моделирования влияния состава полупроводниковых слоев, их толщины и уровня легирования на КПД фотоэлектрического преобразователя на основе твердых растворов AlxGa1-xAs. Показано, что оптимальный состав твердого раствора для базового слоя Al0,28Ga0,72As, толщина слоя — 100 мкм, а концентрация акцепторной примеси — 1019 см-3. Для слоя эмиттера Al0,1Ga0,9As толщина слоя — 50 нм, концентрация донорной примеси — 1016 см-3 и для широкозонного окна Al0,9Ga0,1As (толщина — 50 нм, концентрация — 2,5×1017 см-3). Эффективность преобразования может достигать 40,99% в условиях освещения AM 1,5.

 солнечная энергетика фотоэлектрические преобразователи жидкофазная эпитаксия моделирование solar energetics photoelectric converters liquid-phase epitaxy modeling Работа выполнена в рамках реализации Государственного задания на 2016 г. (007-01114-16 ПР), проект (0256-2014-0001), а также при поддержке РФФИ (17-08-01206). Андреев В.М., Хвостиков В.П., Ларионов В.Р., Румянцев В.Д., Палеева Е.В., Шварц М.З. Высокоэффективные концентраторные (2500 солнц) AlGaAs/GaAs-солнечные элементы // Физика и техника полупроводников. 1999. Т. 33. № 9. С. 1070-1072. . Fizika i tekhnika poluprovodnikov , 1999, vol. 33, no. 9, pp. 1070-1072. (In Russian)] Богатов Н.М., Матвеякин М.П., Першин Н.В., Родоманов Р.Р. Определение времени захвата неравновесного поверхностного заряда в полупроводниковых структурах по спаду фотоэдс // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2008. № 2. С. 57-61. . Ehkologicheskij vestnik nauchnyh centrov Chernomorskogo ehkonomicheskogo sotrudnichestva , 2008, no. 2, pp. 57-61. (In Russian)] Богатов Н.М., Корнеев А.И., Матвеякин М.П., Родоманов Р.Р. Влияние неравновесного заряда границы SiО2-Si на нестационарность спектральной характеристики солнечных элементов с субмикронным р-n-переходом // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2006. № 4. С. 63-67. . Ehkologicheskij vestnik nauchnyh centrov Chernomorskogo ehkonomicheskogo sotrudnichestva , 2006, no. 4, pp. 63-67. (In Russian)] Власов А.С., Хвостиков В.П., Карлина Л.Б., Сорокина С.В., Потапович Н.С., Шварц М.З., Тимошина Н.Х., Лантратов В.М., Минтаиров С.А., Калюжный Н.А., Марухина Е.П., Андреев В.М. Концентраторные фотоэлектрические модули со спектральным расщеплением света С солнечными элементами на основе структур AlGaAs/GaAs/GaSb И GaInP/InGaAs(P) // Журнал технической физики. 2013. Т. 83. № 7. С. 106-110. . Zhurnal tekhnicheskoj fiziki , 2013, vol. 83, no. 7, pp. 106-110. (In Russian)] Лозовский В.Н., Лозовский С.В., Чеботарев С.Н. Исследование краевого температурного эффекта при зонной сублимационной перекристаллизации // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. 2007. № 5. С. 52-56. . Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Severo-Kavkazskij region. Seriya: Tekhnicheskie nauki , 2007, no. 5, pp. 52-56. (In Russian)] Лозовский В.Н., Лозовский С.В., Чеботарев С.Н., Ирха В.А. Осаждение тугоплавких металлов на рельефные подложки методом зонной сублимационной перекристаллизации // Изв. высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. 2007. № 4. С. 68-70. . Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Severo-Kavkazskij region. Seriya: Tekhnicheskie nauki , 2007, no. 4, pp. 68-70. (In Russian)] Лунин Л.С., Сысоев И.А., Чеботарев С.Н., Пащенко А.С. Формирование квантовых точек InAs на подложках GaAs методом ионно-лучевого осаждения // Наука Юга России. 2010. Т. 6. № 4. С. 46-49. . Nauka Yuga Rossii , 2010, vol. 6, no. 4, pp. 46-49. (In Russian)] Лозовский В.Н., Ирха В.А., Чеботарев С.Н. Методика получения нанометок и их применение для позиционирования в сканирующей зондовой микроскопии // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2012. Т. 78. № 9. С. 33-36. . Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov , 2012, vol. 78, no. 9, pp. 33-36. (In Russian)] Gudovskikh A.S., Kaluzhniy N.A., Lantratov V.M., Mintairov S.A., Shvarts M.Z., Andreev V.M. Numerical modelling of GaInP solar cells with AlInP and AlGaAs windows // Thin Solid Films. 2008. Vol. 516. Iss. 20. P. 6739-6743. doi: 10.1016/j.tsf.2007.12.016 Чеботарев С.Н., Пащенко А.С., Лунина М.Л. Моделирование зависимостей функциональных характеристик кремниевых солнечных элементов, полученных методом ионно-лучевого осаждения, от толщины и уровня легирования фронтального слоя // Наука Юга России. 2011. Т. 7. № 4. С. 25-30. . Nauka Yuga Rossii , 2011, vol. 7, no. 4, pp. 25-30. (In Russian)] Чеботарев С.Н., Пащенко А.С., Лунин Л.С., Ирха В.А. Моделирование кремниевых тонкопленочных трехкаскадных солнечных элементов α-Si:H/μC-Si:O/μC-Si:H // Наука Юга России. 2013. Т. 9. № 4. С. 18-25. . Nauka Yuga Rossii , 2013, vol. 9. no. 4, pp. 18-25. (In Russian)] Арустамян Д.А., Чеботарев С.Н., Лунина М.Л., Сысоев И.А., Пащенко А.С., Казакова А.Е., Яценко А.Н. Зависимость характеристик солнечных элементов на основе AlGaAs от толщины и уровня легирования базы // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. 2016. № 4 (55). С. 7-12. . Vestnik Severo-Kavkazskogo federal'nogo universiteta , 2016, no. 4 (55), pp. 7-12. (In Russian)] Мусалинов С.Б., Бычков И.В., Анзулевич А.П., Гудовских А.С. Моделирование двух и трехслойных просветляющих покрытий для гетероструктурных солнечных элементов // Вестник Челябинского государственного университета. 2015. № 7 (362). С. 60-63. . Vestnik Chelyabinskogo gosudarstvennogo universiteta , 2015, no. 7 (362), pp. 60-63. (In Russian)] Goldberg Yu.A. Handbook series on semiconductor parameters. Vol. 2. World Scientific, London, 1999, P. 1-36. Арсентьев И.Н., Лунин Л.С., Кузнецов В.В., Ратушный В.И., Шишков М.В., Улин B.П., Христенко А.Е., Смолин А.Ю. Получение твердых растворов gainasp на подложках пористого фосфида индия методом жидкофазной эпитаксии // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2006. № 1. С. 14-20. . Poverhnost'. Rentgenovskie, sinhrotronnye i nejtronnye issledovaniya , 2006, no. 1, pp. 14-20. (In Russian)]