mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2015-4-279-284mateltech-227Research ArticleФизические свойства и методы исследованияPHYSICAL CHARACTERISTICS AND THEIR STUDYФОРМИРОВАНИЕ ЗАРЯДОВЫХ НАСОСОВ В СТРУКТУРЕ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙFORMATION A CHARGE PUMP IN THE STRUCTURE OF PHOTOTRANSFORMATORSСтарковВ. В.StarkovV. V.

Старков Виталий Васильевич — кандидат технических наук, старший научный сотрудник 

ул. Академика Осипьяна, д. 6, Черноголовка, Московская обл., 142432

Vitaliy V. Starkov — Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher 

6 Academician Ossipyan Str., Chernogolovka, Moscow District 142432

starka@iptm.ruГусевВ. А.GusevV. A.

Гусев Владимир Александрович — доктор технических наук 

ул. Академика Осипьяна, д. 6, Черноголовка, Московская обл., 142432

Vladimir A. Gusev — Dr. Sci. (Eng.) 

6 Academician Ossipyan Str., Chernogolovka, Moscow District 142432

elt.sevntu@gmail.comКулаковскаяН. О.KulakovskayaN. O.

Кулаковская Наталья Олеговна — инженер 

ул. Академика Осипьяна, д. 6, Черноголовка, Московская обл., 142432

Nataliya O. Kulakovskaya — Engineer 

6 Academician Ossipyan Str., Chernogolovka, Moscow District 142432

elt.sevntu@gmail.comГостеваЕ. А.GostevaE. A.

Гостева Екатерина Александровна — ассистент 

Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049

Ekaterina A. Gosteva — Assistant  

4 Leninsky Prospekt, Moscow 119049

gos-3@mail.ruПархоменкоЮ. Н.ParkhomenkoYu. N.

Пархоменко Юрий Николаевич — доктор физико-математических наук, профессор 

Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049

Yuri N. Parkhomenko — Dr. Sci. (Phys.–Math.), Prof., Head of Department of the Material Science of Semiconductors and Dielectrics 

4 Leninsky Prospekt, Moscow 119049

parkh@rambler.ruФГБУН «Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН»РоссияInstitute of Microelectronics Technology and High Purity Materials RASRussian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияNational University of Science and Technology «MISIS»Russian Federation201514122017184279284Copyright © Старков В.В., Гусев В.А., Кулаковская Н.О., Гостева Е.А., Пархоменко Ю.Н., 20172017Старков В.В., Гусев В.А., Кулаковская Н.О., Гостева Е.А., Пархоменко Ю.Н.Starkov V.V., Gusev V.A., Kulakovskaya N.O., Gosteva E.A., Parkhomenko Y.N.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/227

Рассмотрены результаты дальнейшего развития оригинальной концепции зарядовой подкачки в структуре фотоэлектических преобразователей. Зарядовые насосы обусловлены образованием пространственных дефектно−примесных комплексов. Формирование зарядовых насосов в структуре приводит к изменению механизма пролета фотогенерированными носителями базы солнечного элемента. Впервые предложен технологический процесс атермального, или «холодного» фотонного отжига. Этот процесс предполагает использование стандартного оборудования для фотонного отжига. Эффект атермального фотонного отжига достигается применением оригинальной фотомаски (съемного фотошаблона). Фотошаблон обеспечивает режим отжига множественными световыми источниками и тепловую изоляцию отжигаемой пластины. Процесс получил название локального фотонного отжига. Эффективность и простота процесса не требуют значительных затрат на внедрение в производстве. Представлены результаты экспериментальных исследований по повышению тока короткого замыкания и максимальной мощности солнечных элементов за счет применения локального фотонного отжига. Эксперименты выполнены на солнечных элементах, изготовленных различными производителями.

Results of further investigation into original concept of charge pumps in the structure of photoelectric cells show that charge pumps are formed due to the formation of spatial defect−dopant complexes which produce a qualitative change in the transport mechanism of light generated charges at the base of the solar cell. For the first time a large scale charge pump manufacturing process has been offered. This process involves a non−thermal or «cold» photon annealing and uses standard photon annealing equipment. The photon annealing effect is achieved by using an original photomask (removable). The mask provides an annealing pattern with multiple light sources and heat insulation of the target wafer. This process is called local photon annealing (LPA). Due to its efficiency and simplicity the process does not require significant industrial investment. Experimental results show that it is possible to increase short circuit current and maximum power output of a solar cell with the use of the LPA technique. Experimental solar cell samples have been chosen from different manufacturers. 

фотоэлектрические преобразователизарядовые насосысолнечные элементылокальная фотонная обработкаsemiconductor lasersiron group ionsenergy structureintensity of transitionsReferences. Гусев, В. А. Фотопреобразователи на основе зарядовых насосов / В. А. Гусев // Вестн. СевНТУ. Сер. Информатика, электроника, связь − 2011. − Вып. 114. − С. 199—203.Gusev V. A. Photoelectric converters based on charge pumps. Vestn. SevNTU, Ser. Inform., Elektron., Svyaz’. 2011, no. 114, pp. 199—203. (In Russ.)Gusev, V. A. Solar cells with a charge pump: theoretical prospects and technological aspects of the application / V. A. Gusev, V. V. Starkov, A. V. Teterskii // Russian Microelectronics. − 2015 − V. 44, iss. 8. − P. 569—574. DOI: 10.1134/S1063739715080065Gusev V. A., Starkov V. V., Teterskii A. V. Solar cells with a charge pump: theoretical prospects and technological aspects of the application. Russian Microelectronics. 2015, vol. 44, no. 8, pp. 1—6. DOI: 10.1134/S10637397150800065Гусев, В. А. Солнечные элементы с зарядовой подкачкой / В. А. Гусев, В. В. Старков // Материалы XII Междунар. научно− практ. конф. «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности». − СПб., 2011. − Т. 2. − С. 157—158.Gusev V. A., Starkov V. V. Solar cells with charge swap. Trudy XII Mezhdunar. nauchnoprakt. konf. Fundamental’nye i prikladnye issledovaniya, razrabotka i primenenie vysokikh tekhnologii v promyshlennosti = Proceedings of the 12th International Scientific− Practical Conferencce on Fundamental and Applied Studies, Development and Applicaton of Higher Technologies in Industry). St. Petersburg, 2011, vol. 2, pp. 157—158. (In Russ.)Гусев, В. А. Солнечныеэлементы с зарядовой подкачкой: теоретические перспективы и технологическиеаспекты применения / В. А. Гусев, В. В. Старков, А. В. Тетерский // Изв. вузов. Материалы электрон. техники. − 2013. − № 2. − С. 49—54.Gusev V. A., Starkov V. V., Tetersky A. V. Solar cells with the charge pumping: theoretical perspectives andtechnological aspects of the application. Izvestiya vuzov. Materialy elektronnoi tekhniki = Materials of Electronic Technics. 2013, no. 2, pp. 49—54. (In Russ.). DOI: 10.17073/1609-3577-2013-2-49-54Гусев, В. А. Объемный делительный слой в структуре высоковольтных полупроводниковых приборов / В. А. Гусев, Д. Г. Мурзин // Вестн. СевНТУ. Сер. Информатика, электроника, связь. − 2007. − Вып. 82. − С. 85—89.Gusev V. A. Volumetric division layer in the structure of high−voltage semiconductor devices. Vestn. SevNTU, Ser. Inform., Elektron., Svyaz’. 2007, no. 82, pp. 85—89. (In Russ.)Heruth, A. Avoiding boron−oxygen related degradation in highly boron doped Cz Silicon / A. Heruth, G. Schubert, M. Kaes, G. Hahn // Proc. 21st EU PVSEC. − 2006. − P. 530—537.Heruth A., Schubert G., Kaes M., Hahn G. Avoiding boron− oxygen related degradation in highly boron doped Cz Silicon. Proc. 21st EU PVSEC, 2006, pp. 530—537.Breitenstein, D. EBIC investigation of a 3−demensional network of inversion channels in solar cell on silicon ribbons/ O. Breitenstein, M. Langenkamp, J. P. Rakotoniaina // Solid State Phenomena. − 2001. − V. 78−79. − P. 29—38. DOI: 10.4028/www.scientific.net/ SSP.78-79.29Breitenstein D., Langenkamp M., Rakotoniaina J. P. EBIC investigation of a 3−demensional network of inversion channels in solar cell on silicon ribbons. Solid State Phenomena. 2001, vol. 78−79, pp. 29—38. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.78-79.29Buzynin, A. N. Non − equilibrium impurity redistribution in Si / A. N. Buzynin // Nuclear Instrum. and Meth. in Phys. Res. − 2002. − V. 188. − P. 366—370. DOI: 10.1016/S0168-583X(01)00882-5Buzynin A. N. Non−equilibrium impurity redistribution in Si. Nuclear Instrum. and Meth. in Phys. Res. 2002, vol. 188, pp. 366—370. DOI: 10.1016/S0168-583X(01)00882-5Buossisina, T. Observation of transition metals at shunt locations in multicrystalline silicon solar cells / T. Buonassisi, O. F. Vyvenko, A. A. Istratov, E. R. Weber, G. Hahn, D. Sontag, J. P. Rakotoniaina, O. Breitenstein, J. Isenberg, R. Schindler // J. App. Phys. − 2004. − V. 95, N 36. − P. 1556—1558. DOI: 10.1063/1.1636252Buonassisi T., Vyvenko O. F., Istratov A. A., Weber E. R., Hahn G., Sontag D., Rakotoniaina J. P., Breitenstein O., Isenberg J., Schindler R. Observation of transition metals at shunt locations in multicrystalline silicon solar cells. J. App. Phys. 2004, vol. 95, no. 36, pp. 1556—1558. DOI: 10.1063/1.1636252Гостева, Е. А. Дефектно−примесная инженерия при формировании структуры солнечных элементов с зарядовыми насосами / Е. А. Гостева, В. А. Гусев, В. В. Старков, Н. Н. Герасименко // Материалы I Всероссийской науч. конф. «Наноструктурированные материалы и преобразовательные устройства для солнечных элементов 3−го поколения». − Чебоксары, 2013. − Вып. 1. − С. 63—65. URL: http://amf21.ru/filestore/%D1%81%D0%B1%D0%BE%D1%80%D0%BD%D0%B8%D0%BA%20%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0 %B8%20Chuv−Nano−Solar_2013.pdfGosteva E. A., Gusev V. A., Starkov V. V., Gerasimenko N. N. Defect−impurity engineering in the formation of the structure of solar cells with charge pumps. Materiali I Vserossiiskoi nauchnoi konferencii «Nanostrukturirovannie materiali i preobrazovatelnie ustroistva dlya solnechnih elementov 3−go pokoleniya». Cheboksary, 2013. Iss. 1, pp. 63—65. (In Russ.)Гостева, Е. А. Оптимизированная приборная структура фотопреобразователя на основе зарядовых насосов, сформированных методами дефектно−примесной инженерии / Е. А. Гостева // 69 Дни науки студентов НИТУ «МИСиС». − М., 2014 . − С. 601—602. URL: http://sciencedays.misis.ru/69_DNI_all.pdfGosteva E.A. Optimized instrument structure of a photoconverter based on charge pumps, formed by methods of defect− impurity engineering. Sbornik tezisov 69 Dni nauki studentov NITU «MISiS». Moscow, 2014. Pp. 601—602. URL: http://sciencedays.misis. ru/69_DNI_all.pdfКравченко, В. А. Диффузионное легирование кремния бором и фосфором в условиях быстрого термического отжига / В. А. Кравченко, В. В. Старков, Н. В. Абросимов, В. Н. Абросимова // Электрон. техника. Сер. Материалы. − 1989. − Вып. 4. − С. 20—23.Kravchenko V. A., Starkov V. V., Abrosimov N. V., Abrosimova V. N. Diffusion alloying of silicon by boron and phosphorous in conditions of fast thermal annealing. Elektron. Tekh., Ser. Mater. 1989, no. 4, pp. 20—23. (In Russ.)Нейшман, В. Б. О природе зародышей для образования термодоноров в кремнии / В. Б. Нейшман, Е. А. Пузенко, А. Н. Кабалдин, А. Н. Крайчинский, Н. Н. Красько // Физика и техника полупроводников. − 1999. − Т. 33, вып. 12. − C. 1423—1427.Neishman V. B., Puzenko E. A., Kabaldin A. N., Kraichinskii A. N., Krasko N. N. On the Nature of Embryos for the Formation of Thermodonors in Silicon. Fizika i tekhnika poluprovodnikov = Semiconductors. 1999, vol. 33, no. 12, pp. 1423—1427. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.