Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

УДК 621.383

ФОТОЕЛЕКТРИЧНІ ПРОЦЕСИ В ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ НА ОСНОВІ НАНОДИСПЕРСНИХ Si І TiO₂

01.04.10- фізика напівпровідників і діелектриків

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

Іванов Іван Іванович

КИЇВ 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі нанофізики конденсованих середовищ Інституту високих технологій Київського національного університету імені Тараса Шевченка

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор Скришевський Валерій Антонович Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Інститут високих технологій, завідувач кафедри нанофізики конденсованих середовищ;

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, с.н.с. Костильов Віталій Петрович Інститут фізики напівпровідників НАН України, завідувач відділу фізико-технічних основ напівпровідникової фотоенергетики;

доктор фізико-математичних наук, професор Овечко Володимир Сергійович Київський національний університет імені Тараса Шевченка, професор кафедри електрофізики.

Захист відбудеться ”27” вересня 2010 р. о 15⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.001.31 Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 03022, м. Київ, проспект Глушкова 2, корпус 5, радіофізичний факультет.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ім. М. Максимовича Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 01601, МСП, м. Київ, вул. Володимирська, 58.

Автореферат розісланий ”4” cерпня 2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради О. В. Прокопенко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

кремній сонячний бреггівський спектральний

Актуальність теми. Збільшення ефективності сонячних елементів (СЕ) і зменшення їхньої вартості є основним і пріоритетним напрямком розвитку сонячної енергетики на основі прямого перетворення енергії сонця в електрику. Концепція сонячних елементів третього покоління декларує необхідність покращення ефективності існуючих сонячних елементів використовуючи нові можливості технологій, а також створення сонячних елементів, що працюють на нових принципах. Для реалізації цієї концепції проводиться оптимізація параметрів і технологічних етапів виробництва існуючих конструкцій кремнієвих СЕ, активно досліджуються структури з використанням квантово-розмірних елементів: квантових ям (КЯ) і квантових точок, проводяться дослідження дисперсних СЕ на основі органічних матеріалів і барвників, розробляються тонкоплівкові СЕ. Реальна ефективність СЕ менше теоретично можливої з-за наявності втрат енергії, зокрема із-за неефективного поглинання довгохвильових фотонів, у яких довжина поглинання менша товщини підкладинки. Для збільшення ймовірності поглинання фотонів необхідно збільшувати ефективний шлях проходження фотонів всередині СЕ без збільшення реальної товщини елемента. Проте довжина поглинання фотонів може бути збільшена, якщо сформувати на тильному боці СЕ рефлектор на основі Бреггівського дзеркала (БД). Отже, актуальним є напрямок, пов'язаний з вивченням впливу параметрів тильних БД, сформованих на основі бі-шарів SiО_х/SiN_x, шарів з поруватого кремнію (ПК), на ефективність мультикристалічних кремнієвих СЕ. Використання ПК, як матеріалу для формування багатошарових структур, є перспективним, так як параметри шару ПК визначаються величиною поруватості і залежать від умов електрохімічного травлення. В рамках одного технологічного процесу можна сформувати фотоперетворювач з КЯ і тильним БД для підвищення ефективності фотоперетворювача.

Поруваті шари з ПК і наночастинок TiO₂ завдяки великій внутрішній площі поверхні (100-1000 м²/см³) є перспективними для формування поруватих електродів для дисперсних СЕ на барвниках. Дисперсні СЕ обіцяють бути дешевою альтернативою традиційним кремнієвим СЕ. Ефективність дисперсних СЕ визначається морфологією поруватого електроду, станом поверхні наночастинок, властивостями електроліту, умовами освітлення, параметрами глибоких і мілких рівнів. На даний момент, незважаючи на велику кількість публікацій з даної тематики, механізми протікання струму і параметри структур, що впливають на струм в матрицях взаємозв'язаних TiO₂ наночастинок (які є складовою частиною фотоперетворюючих структур на основі TiO₂ шарів, гетероструктур з твердотільною змішуваністю, СЕ на основі електролітів) вивчені недостатньо. Тобто, існує необхідність комплексного дослідження таких структур.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася протягом 2001-2010 років в рамках 6 держбюджетних тем і проектів НТР:

1. НДР КНУ № 01БФ052-07 “Дослідження генераційно-рекомбінаційних процесів та електронного транспорту в напівпровідниках та напівпровідникових структурах як основи для створення елементної бази новітніх засобів комплексної автоматизації та інформатизації, дослідження властивостей інформаційних середовищ і полів та їх практичного застосування“, термін виконання 2001-2005 рр.

2. НДР КНУ № 02БФ052-02 „Фізичні основи елементної бази та ефекти взаємодії випромінювання з речовиною для розвитку новітніх технологій інформатизації”, термін виконання 2006-2010 рр.

3. Проект МОН України „Нанокомпозитні матеріали на основі аерогелю кремнезему для мікроелектроніки”, договір Ф25/563-2007.

4. Проект УНТЦ №3819 „Дослідження і розробка новітніх мікроелектронних газових сенсорів на наноструктурованих пористих шарах для контролю навколишнього середовища”, 2007-2009 рр.

5. Держзамовлення МОН України «Розроблення кремнієвих сонячних елементів з підвищеною ефективністю та радіаційною стійкістю», договір ДЗ/484-2009, термін виконання 2009-2010 рр.

6. Проект МОН України "Діагностика нанорозмірних структур та розробка на їх базі основ технології виготовлення приладів обробки інформації нового покоління", договір М175-2007, термін виконання 2007-2008 рp.

Метою даного дослідження є визначення впливу параметрів тильних рефлекторів на основі SiО_х/SiN_x шарів, шарів поруватого кремнію на ефективність СЕ на основі мультикристалічної кремнієвої текстурованої підкладинки; встановлення механізмів струмопроходження в дисперсних фотоперетворювачах на основі наночастинок TiO₂; впливу параметрів КЯ, сформованих з шарів ПК, на фотоперетворення структури на основі бар'єру Шоткі.

Об'єктом дослідження були сформовані на тильному боці мультикристалічних кремнієвих СЕ Бреггівські дзеркала на основі шарів SiО_х/SiN_x, та Бреггівські дзеркала з ПК на монокристалічній і мультикристалічній кремнієвій підкладинці p-типу, структури з бар'єром Шоткі з КЯ на основі ПК в області просторового заряду, дисперсні фотоперетворювачі на основі шарів наночастинок TiO₂, гетероструктури n+-SnO₂:F/нанопоруватий-TiO₂/InOHS/Au.

Предметом дослідження були оптичні ефекти, явища переносу та генераційно-рекомбінаційні процеси в багатошарових кремнієвих СЕ з КЯ та БД та у фоточутливих дисперсійних гетеропереходах на основі нанопоруватого TiO₂.

Для досягнення поставленої мети застосовувалися такі методи дослідження: спектральні залежності коефіцієнта відбиття, пропускання, поглинання, зовнішньої квантової ефективності та вольт-амперні характеристики - для дослідження електричних і оптичних властивостей СЕ з тильним БД на основі SiO_x/SiN_x і ПК, гетероструктур n+-SnO₂:F/нанопоруватий-TiO₂/InOHS/Au; кінетичні спектральні залежності коефіцієнта відбиття поруватих БД при адсорбційно-десорбційних процесах; метод термостимульованих струмів для дослідження електричного транспорту та локалізованих електронних станів дефектів у структурах Pt/нанокристалічний-TiO₂/Ti; метод перехідних струмів для дослідження процесів переносу в системах нанопоруватий-TiO_2/електроліт; матричний метод при моделюванні БД, чисельне моделювання параметрів СЕ з КЯ.

Для досягнення поставленої мети потрібно було вирішити такі основні наукові задачі:

1. Експериментально та чисельно встановити вплив параметрів тильних рефлекторів на основі шарів SiO_x/SiN_x та ПК на ефективність СЕ.

2. Чисельно встановити вплив КЯ на параметри фотоперетворення в кремнієвих СЕ з ПК.

3. Розробити метод керування спектральною характеристикою коефіцієнта відбиття у СЕ з поруватим БД.

4. Розробити фізичну модель, яка описує механізми переносу в фотоперетворюючих структурах з поруватими TiO₂ електродами і барвниками, отримати залежності між параметрами електроліту (рН, опір) і дисперсії наночастинок TiO₂ та параметрами струмопроходження в системі електроліт-TiO₂-ІTO.

Наукова новизна роботи полягає в отриманні й узагальненні нових наукових результатів:

1. Вперше визначено вплив тильного рефлектора з шарів SiО_х/SiN_x і ПК на параметри об'ємного кремнієвого СЕ на основі а) монокристалічної підкладинки; б) мультикристалічної підкладинки; в) мультикристалічної текстурованої підкладинки; г) мультикристалічної текстурованої підкладинки зі сформованим p-n переходом. Показано, що окрім підвищення довжини поглинання довгохвильових фотонів в об'ємі СЕ, SiО_х/SiN_x БД забезпечує пасивацію тильної поверхні СЕ і середній час життя електронів збільшується з 5.5 до 11.1 мкс.

2. Показано можливість керування спектральним відгуком поруватого БД за рахунок часткового заповнення пор речовинами з заданим показником заломлення. Визначено влив адсорбційно-десорбційних ефектів на оптичні характеристики БД з ПК. Запропоновано модель, що пояснює кінетику заповнення пор поруватого БД.

3. У результаті моделювання показано вплив параметрів КЯ (геометричні розміри, кількість) сформованих з ПК на електричні властивості СЕ.

4. На основі розв'язку дифузійно-дрейфових рівнянь показано вплив часу життя носіїв на транспортні властивості носіїв струму в СЕ з поруватими TiO₂ електродами. Визначено вплив параметрів електроліту на струмопроходження в системах з поруватими TiO₂ електродами. Запропонована фізична модель яка описує механізми переносу в фотоперетворюючих структурах з поруватими TiO₂ електродами. Продемонстровано ефект негативної диференціальної провідності у гетеропереході SnO₂:F/нанопоруватий TiO₂/InOHS/Au при кімнатній температурі і запропоновано модель, що дозволяє пояснити механізм негативної диференціальної провідності.

Практичне значення одержаних результатів полягає в наступному:

1. Розроблена технологія створення СЕ з тильним SiO_x/SiN_x БД методом плазмохімічного осадження на мультикристалічній кремнієвій текстурованій підкладинці. Для СЕ з SiО_х/SiN_x БД отримано струм I_кз на 2.1% більше і ККД на 0.17% більший чим для СЕ без БД. Показано доцільність використання БД з ПК як тилових рефлекторів для мультикристалічних кремнієвих СЕ. З'ясовані параметри електрохімічного травлення кремнію для формування БД з ПК.

2. Запропоновано in-situ метод та автоматизовано установку контролю параметрів шарів ПК під час електрохімічного травлення.

3. Запропоновано методику розрахунку впливу адсорбції та десорбції молекул на кінетику спектру відбиття поруватого БД.

4. Показано, що структури з КЯ на основі ПК можуть бути використані як окремі функціональні елементи для фотодетекторів та сонячних елементів, оптичні модулятори.

5. Визначено оптимальні параметри електроліту, поруватості TiO₂ матриці для забезпечення максимуму фотоструму в дисперсному СЕ з поруватим TiO₂ електродом. Ефект негативної диференціальної провідності у гетеропереході n⁺-SnO₂:F/нанопоруватий-TiO₂/InOHS/Au може бути використаний при створенні елементів пам'яті та керованих напругою тунельних діодів.

Особистий внесок автора. Дисертація є узагальненням досліджень, виконаних автором самостійно та у співпраці з науковим керівником та колегами по роботі. Автор брав безпосередню участь у постановці завдань дослідження, виготовленні експериментальних зразків, створенню експериментальних установок, написанню програмного забезпечення для моделювання. Особистим внеском автора є створення структур з тильними Бреггівськими дзеркалами, проведення експериментів по дослідженню структур з тильними рефлекторами і структур на основі нанодисперсного TiO₂, обробка експериментальних результатів в опублікованих роботах. Інтерпретація та узагальнення отриманих результатів проведені спільно з науковим керівником. Автор брав безпосередню участь у написанні всіх наукових робіт, у яких викладені основні результати дисертації. Експериментальні дослідження проводилися на кафедрі напівпровідникової електроніки радіофізичного факультету і кафедрі нанофізики конденсованих середовищ Інституту високих технологій Київського національного університету імені Тараса Шевченка, в Інституті нанотехнологій (Ліон, Франція), в Ган-Майтнер-Інститут (Берлін, Німеччина).

Апробація роботи: Основні матеріали дисертації доповідалися і обговорювалися на 10 вітчизняних та міжнародних конференціях:

1. KSKS-2009, 5th kurt schwabe symposium in electrochemistry (Erlangen, Germany, 2009).

2. XII Міжнародна конференція з фізики і технології тонких плівок та наносистем ( Івано-Франківськ, Україна, 2009).

3. УНКФН-4, IV Українська наукова конференція з фізики напівпровідників (Запоріжжя, Україна, 2009).

4. 23th EU-PVSEC, European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (Valencia, Spain, 2008).

5. СЕМСТ-3, 3-я Міжнарожна науково-технічна конференція. Сенсорна електроніка та мікросистемні технології ( Одеса, Україна, 2008).

6. УНКФН-3, III Українська наукова конференція з фізики напівпровідників ( Одеса, Україна, 2007).

7. AKF-Frьhjahrstagung 2006 in conjunction with 21st General conference of the EPS Condensed Matter division (Dresden, Germany, 2006).

8. SCELL-2004, International conference on the Physics, Chemistry and Engineering of Solar Cells (Badajoz, Spain, 2004).

9. E-MRS 2003, Thin film and nano-structured materials for photovoltaics (Strasbourg, France, 2003).

10. ICAP-2002, II International Young Scientists' conference on applied physics (Kyiv, Ukraine, 2002)

Публікації: Основні результати дисертації викладені у 18 працях, опублікованих у наукових вітчизняних та зарубіжних журналах, збірниках, матеріалах міжнародних та всеукраїнських конференцій, зокрема 8 - у фахових журналах, 10 - у тезах і доповідях конференцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, 6 розділів, висновків та списку використаних джерел. Загальний обсяг роботи 146 сторінок друкованого тексту, включаючи 81 рисунок та 8 таблиць. Список цитованої літератури містить 226 посилань на 18 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обговорюється актуальність теми, формулюється мета роботи, задачі та методи дослідження, відображається наукова новизна та практична цінність отриманих результатів.

Перший розділ має оглядовий характер. У ньому розглянуто основні види втрат, що зменшують ефективність СЕ, методи збільшення ефективності СЕ. Розглянуті існуючі технології формування тильних рефлекторів для СЕ. Аналіз літератури показав, що найчастіше тильні рефлектори на основі БД формуються методом молекулярно-променевої епітаксії і в основному використовуються для підвищення ефективності тонкоплівкових СЕ. Розглянуті принципи побудови і роботи дисперсних СЕ на барвниках, методи дослідження і підвищення їх ефективності. Дисперсні структури з поруватими TiO₂ електродами є складними неоднорідними системами, параметри яких залежать від методів формування поруватих електродів, властивостей електроліту в який занурені електроди, параметрів зовнішнього електричного кола, що часто утруднює порівняння результатів, які отримані в різних наукових групах.

У другому розділі описано результати моделювання впливу параметрів БД на спектральну залежність коефіцієнта відбиття тильного рефлектора і ефективність СЕ. Наведено критерії вибору параметрів БД залежно від товщини СЕ (Рис. 1а) і методу формування БД. Для збільшення ефективності СЕ сформованого на підкладинці товщиною 220 мкм було вибрано БД з положенням максимуму Бреггівського піка ?₀=940 нм (Рис. 1б) для відношення показників заломлення шарів БД n_H/n_L=1.5. Дане відношення n_H/n_L може бути, наприклад, отримане нанесенням шарів SiО_х і SiN_x плазмохімічним методом. Промодельовано вплив мультикристалічної підкладинки, дисперсії параметрів бі-шарів n_H/n_L на спектральний відгук БД.

а) б)

Рис. 1. а) Залежність довжини поглинання фотонів і коефіцієнта поглинання для кремнію від довжини хвилі, б) залежність положення лівої ?_L і правої ?_R границь Бреггівського піка на висоті 0.99R_max від відношення показників заломлення n_H/n_L шарів

Показано, що на мультикристалічній підкладинці, як сукупності кластерів з різними орієнтаціями кристалографічної гратки, в межах кожного кластера формуються елементарні БД з спектральним відгуком, що визначається параметрами пірамідок сформованих під час анізотропного травлення підкладинки в КОH на етапі текстурування підкладинки. Сумарний спектральний відгук БД, що сформоване на мультикристалічній підкладинці, визначається зваженою сумою спектральних відгуків елементарних БД. Наведено методику отримання шарів БД з ПК на основі монокристалічної і мультикристалічної кремнієвої підкладинки p-типу, підкладинки зі сформованим p-n переходом. Отримані експериментальні залежності для вирощування шарів ПК з необхідними параметрами при формуванні БД.

У третьому розділі були експериментально досліджені сонячні елементи з тильними БД на основі бі-шарів SiО_х/SiN_x і шарів ПК. Для дослідження впливу тильного рефлектора на ефективність мультикристалічного кремнієвого текстурованого СЕ були сформовані БД з 9-ти бі-шарів SiО_х/SiN_x методом плазмохімічного осадження. Товщини шарів БД були L_H=106.8 нм (n_H =2.2), L_L=161 нм (n_L=1.46). Була досліджена серія з 5-ти СЕ з БД.

На рисунку 2а наведена отримана за допомогою скануючого електронного мікроскопа фотографія БД сформованого на текстурованій підкладинці. Смуги різної інтенсивності відображають шари з різним показником заломлення. БД були сформовані на тильних поверхнях кремнієвих СЕ розміром 125 на 125 мм і товщиною 220 мкм. Елементи були виготовлені за стандартною технологією формування кремнієвих СЕ. На обох сторонах підкладинки було створено текстуровану поверхню методом хімічного травлення мультикристалічної пластини в КОН (глибина текстурування 5 мкм). На лицьовій стороні СЕ було нанесено антивідбиваюче покриття для зменшення відбиття світла.

а) б)

Рис. 2 а) Фото БД на текстурованій поверхні СЕ отримане за допомогою скануючого електронного мікроскопа; б) промодельована залежність і експериментальні залежності коефіцієнта відбиття БД від довжини хвилі які виміряні з тильної сторони СЕ

Максимальні значення коефіцієнтів відбиття БД з тильного боку лежать в межах 64%...82% (Рис. 2б). В довгохвильовій області (?>940 нм) спостерігається збільшення коефіцієнта поглинання (Рис. 3а) і зовнішньої квантової ефективності (Рис 3б). Збільшення коефіцієнта поглинання і зовнішньої квантової ефективності пояснюється збільшенням довжини поглинання фотонів всередині підкладинки завдяки відбиттю фотонів у спектральному діапазоні в межах Бреггівського піка назад всередину СЕ і забезпеченню режиму багатократного відбиття.

а) б)

Рис. 3 Спектральні залежності для мультикристалічного СЕ з тильним БД і без БД: а) коефіцієнт поглинання; б) зовнішня квантова ефективність

Відомо, що шари SiO_x і SiN_x використовуються для пасивації поверхні СЕ. БД, а сформоване з 9 SiO_x/SiN_x бі-шарів, ? це шар діелектрика загальною товщиною L_BM=2.4 мкм. Для визначення впливу багатошарового SiO_x/SiN_x БД на час життя електронів на тільній стороні СЕ методом µ-PCD (дослідження затухання фотопровідності після опромінення лазером методом виміру коефіцієнта відбиття в мікрохвильовому діапазоні) була виміряна координатна залежність часу життя ? електронів (Рис 4а).

а) б)

Рис 4 а) Координатна залежність часу життя електронів ? на тильній поверхні мультикристалічної кремнієвої пластини СЕ з БД і СЕ без БД; б) гістограма часу життя електронів на тильній поверхні СЕ з БД і СЕ без БД

Згідно координатної залежності часу життя електронів і з гістограми розподілу часу життя електронів (Рис 4б) видно, що для СЕ з тильним БД порівняно з СЕ без БД час життя електронів на поверхні збільшується завдяки пасиваційному ефекту. Середній час життя електронів після відпалу зростає з 5.5 до 11.1 мкс.

Провідні контакти на передній і тильній стороні СЕ були нанесені згідно стандартної для сонячної промисловості процедури: нанесення провідної алюмінієвої пасти, відпал для формування омічного контакту шляхом дифузії алюмінію в кремній, створення провідних доріжок гребінчастого типу. Технологія формування контактів для СЕ з БД мала додатковий крок - відразу після нанесення БД, для полегшення дифузії алюмінію через БД до кремнієвої підкладинки, БД було перфоровано лазером на товщину 2.4 мкм (?_laser=470 нм, P _laser =1200 мВт). Діаметр отворів зроблених лазером дорівнював 80 мкм, відстань між двома сусідніми перфораційними отворами - 1.5 мм.

В результаті вимірювання вольт-амперних характеристик СЕ з БД і референтних СЕ без БД були отримані результати які наведені в Таблиці 1.

Таблиця 1

Усереднена ефективність СЕ з БД і референтного СЕ без БД

	Iкз, мА/см2	Uxx, В	FF, %	ККД, %
Сонячний елемент з БД	33.0±0.04	0.587±0.001	71	13.75
Сонячний елемент без БД	32.3±0.04	0.584±0.001	72	13.58

Для СЕ з тильним БД було отримано струм I_кз на 2.1% більше і ККД на 0.17% більше чим для СЕ без БД.

Тильний рефлектор на тильній стороні СЕ може бути сформований основі шарів ПК. Показник заломлення шару ПК визначається величиною поруватості цього шару. Величина поруватості шару в процесі електрохімічного травлення визначається провідністю підкладинки, густиною струму травлення, складом електроліту, температурою. Використовуючи керовані генератори струму можна створити періодичну структуру з необхідним профілем показника заломлення. При температурі травлення 20 ^oC для БД з ПК на основі монокристалічної підкладинки було отримано максимальний коефіцієнт відбиття R_max=86% (Рис. 5а), а для БД на основі мультикристалічної підкладинки R_max=62% (Рис. 6). При зниженні температури травлення до -40 ^оС було отримано коефіцієнт відбиття R_max=93% (Рис. 5б). Зниження температури електроліту при формування шарів ПК дозволяє більш точно контролювати товщину шарів, отримати більш різкі межі розділу шарів і, відповідно, отримати більший коефіцієнт відбиття БД. Формування БД можливе або на етапі, що передує етапу формування p-n переходу, або після етапу формування p-n переходу. Для формування БД на підкладці з сформованим p-n переходом було використано профіль травлення, що базується на змінному струмі, так як для травлення в режимі постійного струму p-n перехід знаходиться у закритому стані.

Швидкість електрохімічного травлення кремнію (швидкість росту ПК, ?_ПК) залежить від орієнтації кристалографічної гратки. Мультикристалічна підкладинка - це сукупність кластерів, що мають певну орієнтацію кристалографічної гратки. При формуванні БД з ПК на мультикристалічній кремнієвій підкладинці в межах кожного кластера буде формуватись своє елементарне БД з ?₀=f(?_ПК). Інтегральний спектральний відгук такого БД буде визначатись зваженою сумою спектральних відгуків елементарних БД.

а) б)

Рис. 5 Спектри відбиття БД з ПК виготовлених на монокристалічній підкладинці p-типу <100> для температур електроліту Т_elec: а) 18 ^oС; б) -23 ^oС і -40 ^oС

Рис. 6 Спектри відбиття БД з ПК на мультикристалічній підкладинці p-типу

Формуючи БД з ПК і використовуючи один технологічний метод - електрохімічне травлення, можна забезпечити одночасну пасивацію тильної поверхні СЕ шаром ПК, текстурування поверхні і створення тильного рефлектора. Як видно з рисунка 6, ПК може бути використаний як матеріал для формування БД на тильній стороні мультикристалічних кремнієвих СЕ.

БД на основі ПК це багатошарова структура кожен шар якої характеризується певною величиною поруватості і має оптичну товщину ?₀/4. У випадку адсорбції речовин з навколишнього середовища в порах шарів БД, показники заломлення шарів змінюється і, відповідно, спектральна характеристика БД відхиляється від розрахованої. Відхилення спектральної характеристики БД веде до зміни параметрів СЕ з БД, яке використовується як тильний рефлектор. Завдяки частковому заповненню пор БД речовинами з підібраними показниками заповнення можна модифікувати БД і отримати необхідний спектральний відгук БД. Було запропоновано (Рис 7а) і промодельовано (Рис. 7б) декілька моделей заповнення пор: №1 ? часткове заповнення пори речовиною (профіль заповнення - “сходинка”), №2 і №3 ? заповнення пори з врахуванням капілярних явищ, №5 і №6 - ступінь заповнення пори V_alc/V_pore=const?f(x) і лежить межах 0..100%. Отримано добре узгодження результатів моделювання зміни спектральної залежності коефіцієнта відбиття БД з ПК з експериментальними даними для моделі №1.

а) б)

Рис. 7 а) Залежність ступеню заповнення пор V_alc/V_pore від координати для різних моделей (№1..5) заповнення пор БД з ПК; б) промодельована залежність спектру відбиття БД з ПК(₌803 нм) від коефіцієнта заповнення пор V_alc/V_pore при десорбції спирту з пор (модель №1)

Для БП з відношенням поруватостей шарів P_H/P_L=1.65 (n_H/ n_L=1.7) отримано зсув положення максимуму БП ??=68 нм від л₀=803нм до =871 нм при заповненні пор етиловим спиртом з n_alc=1.36.

Рис. 8 Залежність спектру відбиття БД з ПК (л₀₌803 нм) від часу під час процесів абсорбції/десорбції етилового спирту нанесеного на БД

Четвертий розділ присвячено моделюванню фотоперетворювачів на основі бар'єра Шоткі з квантовими ямами з ПК в області просторового заряду. Використовуючи дешевий метод електрохімічного травлення можна створити багатошарову структуру з КЯ де ями і бар'єри сформовані шарами ПК різної поруватості і, відповідно, шарами з різною шириною забороненої зони (Рис. 9а).



а) б)

Рис. 9 а) Енергетична модель структури на основі бар'єра Шоткі з КЯ з ПК в області просторового заряду; б) залежність струму короткого замикання I_кз від кількості квантових ям при різних ширинах ям L_w (рівень легування N_d=10¹⁶ см^-3, L_БШ= 100 нм

Було показано, що змінюючи ширину і глибину КЯ (ці параметри контролюються часом електрохімічного травлення і густиною струму травлення) можна контролювати положення квантованих рівнів всередині КЯ і, відповідно, величину енергії необхідну для міжрівневих переходів (2, Рис 9а). Введення КЯ в область просторового заряду дозволяє отримати більш оптимальне значення ефективної ширини забороненої зони для фотоперетворення. Було визначено вплив на ефективність таких параметрів структури як довжина зразка L_БШ, ступінь легування, висота бар'єру Шоткі, кількість (Рис. 9б), положення, глибина і ширина КЯ. Визначено оптимальні значення цих параметрів. Для моделювання було використано програму SimWindows. Розраховані густини струмів для таких структур ? одиниці мА/см² не є конкурентоспроможними для промислових СЕ, проте, враховуючи перспективу широкого застосування ПК в оптоелектроніці, можна запропонувати розглянуті структури як окремі функціональні елементи для фотодетекторів та сонячних елементів, оптичні модулятори чи як метод підвищення провідності шарів ПК Передбачається, що створення в рамках одного технологічного циклу разом з КЯ додаткового тильного рефлектора на основі БД має збільшити ефективність таких структур.

П'ятий розділ присвячено дослідженню дисперсних структур на основі наночастинок TiO₂. Поруваті електроди з TiO₂ наночастинок є складовою частиною дисперсних СЕ на барвниках. Наночастинки TiO₂ вкриті молекулами барвника, а сам поруватий електрод занурений в електроліт. Після поглинання молекулою барвника фотона, один з електронів його молекули переходить з основного в збуджений стан і інжектується в зону провідності TiO₂ і далі дифундує скрізь матрицю взаємоконтактуючих наночастинок до збираючого електрода FTO (Рис. 10а). Після втрати електрона відновлення окисленої молекули барвника в первісний стан відбувається шляхом отримання електрона від йодид-іона перетворюючи його в молекулу йоду. Молекула йоду в свою чергу дифундує до платинового електроду, отримує від нього електрон і знову стає йодид-іоном. Ефективність такої системи визначається морфологією поруватого шару (величиною поруватості), станом поверхні, властивостями електроліту, умовами освітлення, параметрами глибоких і мілких рівнів. Для дослідження струмопроходження електронів через систему взаємоконтактуючих TiO₂ наночастинок було використано струмопрольотну методику яка базується на аналізі зміни струму в зовнішньому електричному колі після опромінення системи імпульсом лазером (л_laser=335 нм, тривалість імпульсу 5 нм).



а) б)

Рис. 10 а) Принцип дії ДСЕ на барвниках; б) залежність D_eff від рівня pH електроліту і значення координаційного числа (КЧ)

Поруваті TiO₂ електроди були сформовані методом електрофорезного нанесення на скляну підкладинку з провідним прозорим шаром FTO (25 мм 80 мм). Частинки TiO₂ були сферичної форми діаметром 25 нм. Отримані TiO₂ шари були стиснуті для отримання різних значень поруватості і значень координаційного числа. Було проведено моделювання впливу на струмопроходження параметрів системи: товщини структури, часу життя, коефіцієнта дифузії, коефіцієнта екстракції електронів в зовнішнє коло, параметрів зовнішнього електричного кола. Експериментально було досліджено вплив на струмопроходження параметрів системи: товщини структури, величини поруватості (координаційного числа), інтенсивності освітлення, провідності і кислотності електроліту pH. При зменшенні рівня pH рівень Фермі в TiO₂ шарі зсувається до зони провідності і глибокі дефектні стани, які є рекомбінаційними центрами для згенерованих електронів, заповнюються (Рис. 10б). Відповідно, транспорт електронів буде проходити через мілкі рівні і буде більш швидким. Збільшення значення координаційного числа веде до збільшення струму в зовнішньому колі, збільшення ефективного коефіцієнта дифузії D_eff для всіх значень pH, що пояснюється зменшенням ефективної товщини шару через який дифундують електрони, збільшенням кількості провідних каналів, збільшенням площі контакту сусідніх частинок.

Шостий розділ присвячено дослідженню структур Pt/нанокристалічний TiO₂/Ti, які є фоточутливими в ультрафіолетовому діапазоні елементами з бар'єром Шоткі, базою для побудови дисперсних СЕ на барвниках, моделлю для дослідження енергетичних рівнів в наночастинках TiO₂. Методами вольт-амперних характеристик та термостимульованих спектрів визначенні параметри локалізованих електронних рівнів в наночастинках поруватої TiO₂ матриці. Показано, що спостерігаються 2 класи центрів з енергіями активації ~220 та ~300 меВ, які обумовлені перезарядкою відповідно поверхневих та об'ємних центрів у поруватому TiO₂. Визначено, що переважним механізмом переносу у поруватому TiO₂, створеного методом золь-гель є струм, обмежений просторовим зарядом.

а) б)

Рис. 11 a) ВАХ гетероструктури n⁺-SnO₂:F/нанопоруватий-TiO₂/InOHS/Au після попередньої дії на структуру негативного імпульсу; б) залежність параметрів області з НДП від амплітуди попередньо діючого на зразок негативного імпульсу

Одним з напрямків розвитку дисперсних фотоперетворювачів, збільшення їх ефективності є заміна рідинного електроліту на полімерний електроліт, а також використання дисперсних структур з гетеропереходами утвореними в результаті твердотільної змішуваності. Було досліджено структуру n⁺-SnO₂:F/нанопоруватий-TiO₂/InOHS/Au утворену твердотільним змішуванням наночастинок TiO₂ і InOHS і виявлено, що на вольт-амперній залежності існує область з ефектом негативної диференціальної провідності при попередній дії на зразок негативного імпульсу (Рис. 11а). Для повного стирання N-подібного вигину необхідно послідовно 2-3 рази виміряти позитивну гілку ВАХ. Після цього вона набуває вигляду монотонно зростаючої кривої.

Параметри області негативної диференціальної провідності, такі як робоча точка і відповідний негативний диференціальний опір, визначаються параметрами попереднього імпульсу і ультрафіолетової опромінення (Рис. 11б). Тобто можлива реєстрація освітленого стану гетероструктури на момент запису. Цей ефект може бути використано при створенні елементів пам'яті та керованих напругою тунельних діодів. Виникнення області НДП пов'язується з явищами перезарядки поверхневих та глибоких рівнів.

ВИСНОВКИ

1. Вперше визначено вплив тильного SiО_х/SiN_x рефлектора на ефективність об'ємного сонячного елемента на основі мультикристалічної кремнієвої двосторонньо текстурованої підкладинки з p-n переходом. Створено СЕ (125х125 мм) з тильним БД на основі SiО_х/SiN_x шарів (9 бі-шарів, ?0=940 нм, n_H/n_L=1.5). Для СЕ з тильним SiО_х/SiN_x рефлектором отримано струм I_кз на 2.1% більше і ККД на 0.17% більше чим для СЕ без БД. Збільшення ефективності СЕ з тильним ЬД порівняно з сонячним елементом без тильного БД пояснено збільшенням довжини поглинання світла в області розташування Бреггівського піка. Показано, що багатошарова структура - SiО_х/SiN_x БД забезпечує паcивацію тильної поверхні СЕ і збільшення середнього часу життя електронів від 5.5 до 11.1 мкс. Розраховано вплив постійної і випадкової дисперсії параметрів шарів рефлектора на спектральний відгук БД.

2. Вперше створено БД з ПК на основі мультикристалічної і монокристалічної кремнієвої підкладинки p-типу і мультикристалічної підкладинки з двостороннім текстуруванням і сформованим p-n переходом. Для БД з ПК на основі монокристалічної підкладинки було отримано максимальний коефіцієнт відбиття R_max=92%, на основі мультикристалічної підкладинки - R_max=62%. Запропоновано методику розрахунку сумарного спектрального відгуку БД з SiО_х/SiN_x і ПК шарів на основі текстурованих і мультикристалічних підкладинок. Показано доцільність використання БД з поруватого кремнію як тильних рефлекторів для сонячних елементів на основі мультикристалічних кремнієвих підкладинок.

3. Реалізовано можливість керування спектральним відгуком БД з поруватого кремнію шляхом введення в пори БД речовин з заданим показником заломлення. Визначено величину максимального зсуву положення максиму Бреггівського піка ??=68 нм для P_H/P_L=1.65 при заповненні пор етиловим спиртом з na_lc=1.36. Визначено вид залежності і кількісні показники, що описують кінетику зміни спектральної залежності показника заломлення БД з поруватого кремнію під дією адсорбційно-десорбційних процесів в порах кремнію.

4. Показано, що поруватий кремній може бути використаний як активний матеріал для створення фоточутливих структур типу бар'єру Шоткі з квантовими ямами. Розраховано приріст густини фотострумів для таких структур, який досягає одиниць мА/см².

5. Встановлено вплив параметрів електроліту, ступеню пакування TiO₂ наночастинок, інтенсивності освітлення на струмопроходження через поруватий TiO₂ електрод дисперсного сонячного елемента, який сформований методом електрофорезного нанесення. Визначено, що максимум струму в зовнішньому електричному колі спостерігається при pH=2 для значень координаційних чисел в межах 3.2...5.9. Покращення струмопроходження пояснюється зменшенням ефективної товщини шару через який дифундують електрони, збільшенням кількості провідних каналів, збільшенням площі контакту сусідніх наночастинок. Показано, що струмопроходження в TiO₂ значною мірою визначаться параметрами об'ємних і поверхневих пасток. Визначено параметри локалізованих електронних рівнів в наночастинках поруватої TiO₂ матриці. Показано, що спостерігаються 2 класи центрів з енергіями активації ~220 та ~300 меВ, які обумовлені перезарядкою відповідно поверхневих та об'ємних центрів у поруватому TiO₂.

6. Вперше продемонстровано ефект негативної диференціальної провідності у гетеропереході n+-SnO2:F/нанопоруватий-TiO₂/InOHS/Au при кімнатній температурі. Запропоновано модель процесів переносу у контакті.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ivanov I. I. Numerical simulation of the photocurrent in the thin metal-silicon structures with quantum wells / Ivanov I. I., Skryshevsky V. A., S. V.Litvinenko // Ukrainian Journal of Physics. 2004. № 49. P. 917-920.

2. Козинець О. В. Особливості фотоелектричних процесів в контакті метал-поруватий кремній-кремній / Козинець О. В., Іванов І. І., Гусак Н. М., Литвиненко С. В., Скришевський В. А. //Нові технології. Науковий вісник Інституту економіки та нових технологій ім. Ю.І. Кравченка. 2004, № 3. C. 8-11.

3. Ivanov I.I.Automated complex for in-situ control of parameters of porous silicon layers growth / Ivanov I.I., Skryshevsky V. A. // Bulletin of the University of Kiev.Series: Physics & Mathematics. 2005. № 9. P. 98-103.

4. Manilov A. I. The Adsorption Kinetics of Hydrogen-like Particles in Porous Si / Manilov A. I., Karlash A.I., Ivanov A.Y., Skryshevsky, V.A. // Ukrainian Journal of Physics. 2007. 52 1 P. 170-1175.

5. Ivanov I. I. Simulating the effect of inhomogeneity of the thickness of nanocrystalline TiO2 layers on the diffusion of charge carriers in solar cells based on a dispersion heterojunction with dye / Ivanov I. I., Dittrich Th., Skryshevsky V. A. // Ukrainian Journal of Physics.2007, № 52. P. 1176-1180.

6. Manilov A.I. Negative differential conductivity in n+-SnO2:F/nano-porous TiO₂/InOHS/Au heterojunction / Manilov A.I., Veremenko A.M., Ivanov I.I., Skryshevsky V.A. // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. 2008. 41, № 1. P. 1386-9477.

7. Іванов І. I. Вплив адсорбційно-десорбційних явищ на спектральні характеристики Брегівських дзеркал на основі поруватого кремнію / Іванов І. I., Скришевський В. А. // Вісник Київського університету. Серія: фізико-математичні науки. 2009. 3.

8. Ivanov I. I. Thin silicon solar cells with SiОх/SiNx Bragg mirror rear surface reflector / Ivanov I. I., Nychyporuk T. V., Skryshevsky V. A., Lemiti M. // Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. 2009. 12, №4. P. 406-411.

9. Ivanov I. I. Numerical modeling porous silicon solar cell with quantum wells / Ivanov I. I., Skryshevsky V. A. // ICAP-2002, II International Young Scientists' conference on applied physics, June 1-4, 2002. Київ (Україна), 2002. P. 97-98.

10. Ivanov I. I. Solar cells with quantum wells / Ivanov I. I., Skryshevsky V. A., Litvinenko S. V., Tretyak O. V. // E-MRS 2003, Thin film and nano-structured materials for photovoltaics, June 10-13, 2003.Strasbourg (France), 2003. P. 126-128.

11. Litovchenko V. G. Simulation of solar cells with quantum wells / Litovchenko V. G., Ivanov I. I., Skryshevsky V. A. // SCELL-2004, International conference on the Physic, Chemistry and Engineering of Solar Cells, May 17-22, 2004. Badajoz (Spain), 2004. P. 242.

12. Ruhle S. Transient photocurrents of porous semiconductor electrodes permeated with electrolyte // Ruhle S., Ivanov I., Skryshevsky V., Rappich J., Dittrich T. // AKF-Frьhjahrstagung 2006 in conjunction with 21st General conference of the EPS Condensed Matter division, April 15-20,2006.Dresden (Germany), 2006. P. 78.

13. Ivanov I. TiO₂ nanocrystalline soalr cells / Ivanov I. I., Dittrich T., Skryshevsky V. A. // УНКФН-3, III Українська наукова конференція з фізики напівпровідників, Червень 17-22, 2007. Одеса (Україна), 2007. С. 116.

14. Іванов І. І. Моделювання адсорбційно-десорбційних процесів в сенсорах на основі Бреггівських дзеркал / Іванов І. І., Скришевський В. А. Третяк О. В. // СЕМСТ-3, 3-я Міжнарожна науково-технічна конференція. Сенсорна електроніка та мікросистемні технології, Червень 2-6, 2008.Одеса (Україна), 2008. С. 55.

15. Litovchenko V. G. / Peculiarities solar cells with silicon nanoparticles and silicon quantum wells // Litovchenko V. G., Ivanov I. I., Skryshevsky V. A. // 23th EU-PVSEC, European photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, September 1-5, 2008.Valencia (Spain), 2008. P. 265-268.

16. Іванов І. І. Мультикремнієвий сонячний елемент з Бреггівським дзеркалом / Іванов І. І., Скришевський В. А., Ничипорук Т. В., Lemiti M. // УНКФН-4, IV Українська наукова конференція з фізики напівпровідників, Вересень 15-19, 2009.Запоріжжя (Україна), 2009. С. 40.

17. Іванов І. І. / Кремнієві сонячні елементи з Бреггівськми дзеркалами // Іванов І. І., Скришевський В. А., Горбулик В. І. // XII Міжнародна конференція з фізики і технології тонких плівок та наносистем, 18-23 травня, 2009.Івано-Франківськ (Україна), 2009.P. 4.2. 13.-14.

18. Ivanov I. I. Porous silicon Bragg mirrors as rear surface reflector for silicon solar cells / Ivanov I. I., Nychyporuk T., Skryshevsky V. A., Lemiti M. //KSKS-2009, 5th kurt schwabe symposiom in electrochemistry, May 24-28, 2009.Erlangen (Germany), 2009. P. 48.

19. Ivanov I. I. Porous silicon Bragg rear reflectors for thin silicon solar cells / Ivanov I. I., Nychyporuk T., Skryshevsky V. A., Lemiti M. // 24th EU-PVSEC, European photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, September 21-25, 2009.Hamburg (Germany), 2009. P. 3.39.

АНОТАЦІЯ

Іванов І. І. Фотоелектричні процеси в гетероструктурах на основі нанодисперсних Si і TiO₂. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 - фізика напівпровідників і діелектриків. - Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2010.

Дисертація присвячена дослідженню впливу параметрів тильних рефлекторів сформованих на основі SiО_х/SiN_x шарів, шарів ПК на ефективність об'ємного фотоперетворювача на основі мультикристалічної кремнієвої текстурованої підкладинки, встановлення механізмів струмопроходження в дисперсних фотоперетворювачах на основі наночастинок TiO₂, знаходження оптимальних параметрів цих структур.

Створено об'ємний мультикристалічний кремнієвий текстурований СЕ з тильним БД з SiО_х/SiN_x бі-шарів сформованих плазмохімічним методом. Показано, що багатошарова структура - SiО_х/SiN_x БД забезпечує паcивацію тильної поверхні СЕ і збільшення середнього часу життя електронів. Для СЕ з тильним БД струм отримано струм короткого замикання на 2.1% і ККД на 0.17% більше чим для СЕ без БД. Створені БД з ПК на основі кремнієвої монокристалічної і мультикристалічної підкладинки p-типу з R_max=92% і 62% відповідно. Реалізовано метод керування спектральним відгуком БД з ПК шляхом введення в пори БД речовин з заданим показником заломлення. Запропонована методика розрахунку спектрального відгуку БД, сформованих на мультикристалічних підкладинках. Розрахований вплив дисперсії параметрів шарів рефлектора на спектральний відгук БД. Показано, що поруватий кремній може бути використаний як активний матеріал для створення фоточутливих структур типу бар'єру Шоткі з КЯ. Встановлено вплив параметрів електроліту, ступеню пакування TiO₂ наночастинок, інтенсивності освітлення на струмопроходження через поруватий TiO₂ електрод дисперсного сонячного елемента сформований методом електрофорезного нанесення. Показано, що в наночастинках TiO₂ спостерігаються 2 класи центрів з енергіями активації ~220 та ~300 меВ, які обумовлені перезарядкою відповідно поверхневих та об'ємних центрів. Виявлено ефект негативної диференціальної провідності у гетеропереході n+-SnO2:F/нанопоруватий-TiO₂/InOHS/Au при кімнатній температурі. Запропоновано модель процесів переносу у контакті.

Ключові слова: сонячний елемент, тильний рефлектор, поруватий кремній, адсорбція, TiO₂, квантова яма, негативна диференціальна провідність.

АННОТАЦИЯ

Иванов И. И. Фотоэлектрические процессы в гетероструктурах на основе нанодисперсных Si и TiO₂.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков. - Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2010.

Диссертация посвящена исследованию влияния параметров тыльных рефлекторов на основе SiО_х/SiN_x слоев, слоев пористого кремния на эффективность объёмного фотопреобразователя на основе кремниевой мультикристаллической текстурированной подложки, определения механизмов токопрохождения в дисперсных фотопреобразователях на основе наночастичек TiO₂, определению оптимальных параметров этих структур.

Создан мультикристаллический кремниевый текстурированный солнечный элемент с тыльным Брэгговским зеркалом на основе SiО_х/SiN_x слоев выращенных плазмохимическим методом. Показано, что многослойная структура - SiО_х/SiN_x Брэгговское зеркало обеспечивает пассивацию тыльной стороны солнечного элемента, и увеличение среднего времени жизни электронов. Для солнечного элемента с тыльным Брэгговским зеркалом получен ток короткого замыкания на 2.1% и КПД на 0.17% больше чем элемента без тыльного рефлектора. Созданы Брэгговские зеркала из пористого кремния на основе монокристаллической и мультикристаллической подложки p-типа с R_max=92% и 62% соответственно. Реализован метод управления спектральным откликом Брэгговского зеркала из пористого кремния за счет введения в поры вещества с заданным показателем преломления. Предложена методика расчета спектрального отклика Брэгговских зеркал сформированных на мультикристаллических подложках, определено влияние дисперсии параметров слоев зеркал. Показано, что пористый кремний может быть использован как активный материал для создания фоточувствительных структур типа барьер Шотки с квантовыми ямами. Определено влияние параметров электролита, пористости TiO₂ слоя, интенсивности освещения на токопротекание сквозь пористый TiO₂ электрод дисперсного солнечного элемента, сформированного методом электрофорезного осаждения. Показано, что в наночастицах TiO₂ наблюдаются 2 класса центров с энергиями активизации ~220 та ~300 меВ, которые обусловлены перезарядкой, соответственно, поверхностных и объёмных центров. Выявлен эффект негативной дифференциальной проводимости в гетеропереходе n+-SnO2:F/нанопоруватий-TiO₂/InOHS/Au при комнатной температуре. Предложена модель процессов переноса в контакте.

Ключевые слова: солнечный элемент, тыльный рефлектор, пористый кремний, адсорбция, TiO₂, квантовая яма, негативная дифференциальная проводимость.

SUMMARY

Ivanov I.I. Photoelectric processes in nanodispersed Si and TiO₂.based heterostructures. - Manuscript.

Thesis for the scientific degree of the candidate of the physical and mathematical science on speciality 01.04.10 - physics of semiconductors and dielectrics. - Kyiv National Taras Shevchenko University, Kyiv, 2010.

This thesis is devoted to investigation of effect of parameters of rear reflectors formed on the basis of SiO_x/SiN_x layers or porous silicon (PS) layers on the efficiency of bulk multicrystalline silicon solar cells (SC) with textured substrate; determination of the current flow mechanism in dispersed nano-TiO₂ photosensitive structures. Square p-type multicrystalline silicon wafer was used as base for SC with dielectric Bragg mirror (BM) manufacturing. BM was formed on rear side of Si wafers at successive deposition of SiО_х and SiN_x layers by PECVD method. Presence of BM provides the passivation effect on life time of minority charge carriers. For SC with BM the current I_sc is higher on 2.1 % and efficiency is higher on 0.17% comparatively with reference SC without BM. BM were also fabricated by electrochemical etching of p-type <100> oriented mono-Si wafers and multi-Si wafers. BM composed of 10 PS bi-layers on the base of p-type <100> oriented mono-Si wafer had reflection R_max= 92% and R_max= 62% for multi-Si based BM. The control method of porous BM spectral response by pores filling with substance with a given refractive index was realized. It was shown that PS can be used as active material for photosensitive structures like Schottky barrier with quantum wells. The influence of the electrolyte parameters, the TiO₂ layer porosity, and the illumination intensity on current through the porous TiO₂ electrode of dispersive SC formed by electrophoresis deposition was determined. The presence of 2 class traps with activating energy ~220 (surface traps) and ~300 meV (deep traps) in TiO₂ nanoparticles was determined by the thermostimulated polarization method. The effect of the negative differential conductivity in the n⁺-SnO₂:F/nano-porous TiO₂/InOHS/Au heterojunction is observed at room temperature. It was shown the current-voltage curve with the negative differential conductivity region, which appears on a positive branch after a negative voltage pulse, has been applied to the heterojunction. This in explained in a model of semiconductor (metal)-insulator-semiconductor with tunneling through deep electronic traps in por-TiO₂.

...