ΝΕΕΣ ΑΝΤΙΑΝΑΚΛΑΣΤΙΚΕΣ ΕΠΙΚΑΛΥΨΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΤΩΝ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΠΥΡΙΤΙΟΥ

Transcript

1 ΝΕΕΣ ΑΝΤΙΑΝΑΚΛΑΣΤΙΚΕΣ ΕΠΙΚΑΛΥΨΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΤΩΝ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΠΥΡΙΤΙΟΥ Μ. Γιώτη 1, Σ. Λογοθετίδης 1, Χ. Γραβαλίδης 1, Κ. Χριστοφίδης 1 Τμήμα Φυσικής, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, 51 Θεσσαλονίκη, Ελλάδα Τμήμα Φυσικής, Πανεπιστήμιο Κύπρου, Τ.Θ. 537, 178 Λευκωσία, Κύπρος ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρούσα εργασία αναπτύσσονται, με τεχνικές φυσικής εναπόθεσης ατμών, λεπτά διαφανή υμένια οξειδίου του πυριτίου (SiO x ), και τιτανίου (TiO x ) καθώς και νιτρίδια του πυριτίου ( ) και πραγματοποιείται η διερεύνηση των οπτικών, μορφολογικών και δομικών τους ιδιοτήτων προεκειμένου να αποτιμηθεί η καταλληλότητά τους ως προς την εφαρμογής τους στις αντιανακλαστικές ΑR επικαλύψεις φωτοβολταϊκών κυψελίδων κρυσταλλικού και πολυκρυσταλλικού πυριτίου. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η αποδοτικότητα ενός φωτοβολταϊκού (PV) στοιχείου είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με το βαθμό εγκλωβισμού της προσπίπτουσας ακτινοβολίας μέσα στον ενεργό όγκο του PV υλικού, που προκαλεί τη γένεση φορτισμένων φορέων. Επομένως, η βελτιστοποίηση της διαδικασίας εγκλωβισμού της ακτινοβολίας αποτελεί ένα από τους βασικότερους στόχους της ερευνητικής δράσης στον τομέα των φωτοβολταϊκών στοιχείων. Οι λείες επιφάνειες των PV υλικών που συνθέτουν τις ηλιακές κυψελίδες, προκαλούν αύξηση του ποσοστού της ανακλώμενης ακτινοβολίας και προφανώς μείωση της απόδοσής τους. Είναι λοιπόν εύλογη η ανάγκη που προκύπτει για την δημιουργία μιας αντανακλαστικής οπτικής επιφάνειας, με την οποία θα αυξηθεί το ποσοστό της διερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας, και αυτό μπορεί να γίνει με την ανάπτυξη μίας διαφανής επικάλυψης (antireflective AR) αποτελούμενης από ένα ή περισσότερα στρώματα. Η αρχή λειτουργίας τους στηρίζεται στο φαινόμενο της καταστρεπτικής συμβολής των ανακλώμενων δεσμών, στις επιμέρους διεπιφάνειες μίας στρωσιγενούς δομής, η οποία αποτελείται από διαδοχικά εναλλασσόμενα στρώματα διαφανών υμενίων που έχουν χαμηλό (low index) και υψηλό (high index) δείκτη διάθλασης [1]. Πέρα από την οπτική συμπεριφορά της AR, πολύ σημαντικές είναι και οι ιδιότητες που παρουσιάζουν ως προς την μετάβαση μέσα από αυτές των παραγόμενων στην p-n επαφή φορτισμένων φορέων οι οποίοι τελικά φτάνουν και συλλέγονται από τις μεταλλικές επαφές της ηλιακής κυψελίδας. Στην ορατή και κοντινή υπεριώδη περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος το πολυκρυσταλλικό πυρίτιο (poly-si) ανακλά περίπου ένα ποσοστό 35% στα 75 nm και 7% στα 7 nm. Η υψηλή αυτή ανακλαστικότητα που εμφανίζει το Si και οι υπόλοιποι ημιαγωγοί, μπορεί να μειωθεί με την ανάπτυξη πάνω στα υποστρώματα αυτά κατάλληλων επικαλύψεων ενός διαφανούς υλικού (με μηδενική ή πολύ μικρή απορρόφηση), και για ένα συγκεκριμένο πάχος του υλικού αυτού μπορεί να ελαττωθεί η ανακλαστικότητα σε ένα δεδομένο μήκος κύματος του φάσματος. Τέτοιου είδους μονοστρωματικών AR επικαλύψεων, οι οποίες χρησιμοποιούνται σήμερα στην τεχνολογία των ηλιακών κυψελίδων είναι υμένια TiO x πάχους ~8 nm []. Για την επίτευξη όμως AR οπτικής συμπεριφοράς σε μία ευρεία περιοχή μηκών κύματος απαιτούνται περισσότερα του ενός στρώματα. Με κατάλληλη επιλογή των υλικών (δηλαδή των δεικτών διάθλασης) και των παχών των διαφόρων στρώσεων μπορεί να επιτευχθεί πολύ μικρή ανακλαστικότητα (R<1%) σε ένα εύρος μηκών κύματος, για παράδειγμα γύρω από το ορατό και το κοντινό υπεριώδες που είναι και η φασματική περιοχή που ενδιαφέρει για την

2 περίπτωση των ηλιακών κυψελίδων. Ο τύπος των υλικών που αποτελούν τα επάλληλα στρώματα όπως και ο συνολικός αριθμός των στρώσεων καθορίζονται από διάφορους παράγοντες όπως το υλικό του υποστρώματος, τη φασματική περιοχή που ενδιαφέρει, την απαιτούμενη απόδοση, το κόστος κ.α... ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΕΣ ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΕΣ Τα λεπτά διαφανή υμένια εναποτέθηκαν είτε σε υπόστρωμα κρυσταλλικού Si, είτε σε έτοιμες κυψελίδες πολυκρυσταλλικού πυριτίου (poly-si). Προηγήθηκε χημικός καθαρισμός με χρήση ειδικής συσκευής υπερήχων στον αέρα για την απομάκρυνση τυχόν οργανικών προσμίξεων, ενώ μετά την εισαγωγή τους στο θάλαμο κενού πραγματοποιήθηκε ιοντικός καθαρισμός με βομβαρδισμό ιόντων Ar + για την απομάκρυνση του επιφανειακού στρώματος που σχηματίζεται λόγω των φαινομένων οξείδωσης κατά την έκθεσή τους στον αέρα [3]. Η ανάπτυξη των υμενίων νιτριδίου του Πυριτίου ( ) πραγματοποιήθηκε σε θάλαμο υψηλού κενού [3], βασικής πίεσης ~1-7 Torr με την τεχνική magnetron sputtering. Χρησιμοποιήθηκε στοιχειομετρικός στόχος αζωτούχου πυριτίου (Si 3 N ), ο οποίος βομβαρδίστηκε με ιόντα αδρανούς αερίου Ar + ή/και Ar + /Ν +3 με διάφορες μερικές πιέσεις. Η εφαρμοζόμενη rf ισχύς [P(W)] στο στόχο διατηρήθηκε σταθερή για όλα τα υμένια, ενώ μεταβάλλονταν η τάση πόλωσης του υποστρώματος [bias V B (V)]. Η ολική πίεση στο θάλαμο εναπόθεσης [P TOT (mbar)] ήταν σταθερή ενώ μεταβάλλονταν οι μερικές πιέσεις των αεριών Ar [P Ar (mbar)] και N [P N (mbar)] που εισάγονταν στον θάλαμο. Τα υμένια οξειδίου του πυριτίου (SiO x ), και οξειδίου του τιτανίου (TiO x ) αναπτύχθηκαν σε θάλαμο υπέρ-υψηλού κενού, βασικής πίεσης <1x1-9 Torr με την τεχνική e-beam evaporation (ΕΒΕ), και ΕΒΕ υποβοηθούμενη με δέσμες ιόντων (ion-beam assisted bombardment) (EBE- IBAD) []. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε μία πηγή δέσμης ιόντων τύπου Kauffman με την οποία ιόντα Ar + με ενέργειες που κυμαίνονταν από.75 έως 1.5 kev βομβάρδιζαν την αναπτυσσόμενη επιφάνεια των υμενίων. Πραγματοποιήθηκε η διερεύνηση των διαφόρων παραμέτρων εναπόθεσης, όπως η ένταση και η τάση της δέσμης των ηλεκτρονίων, και η πίεση του θαλάμου κατά την εναπόθεση. Οι διαδικασίες εναπόθεσης παρακολουθούνταν σε πραγματικό χρόνο και in-situ με την τεχνική της φασματοσκοπικής ελλειψομετρίας [5,] προκειμένου να επιτεύχθηκε η καταρχήν βαθμονόμηση των διαδικασιών ανάπτυξης σχετικά με τον ρυθμό εναπόθεσης των υμενίων. Αυτό πραγματοποιήθηκε με χρήση της τεχνικής της φασματοσκοπικής ελλειψομετρίας μέσω της οποίας μπορούν να προσδιοριστούν άμεσα οι οπτικές ιδιότητες των υλικών και λεπτών υμενίων, ενώ έμμεσα είναι δυνατόν να προσδιοριστούν και άλλες ιδιότητες όπως πάχος, μικροδομή, πυκνότητα, κ.ά.. 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΥΤΗΣΗ Οι οπτικές ιδιότητες και πιο συγκεκριμένα η οπτική διαφάνεια των υμενίων μελετήθηκαν σε πραγματικό χρόνο με την τεχνική της ελλειψομετρίας πολλαπλών μηκών κύματος (real-time Multi-Wavelength Ellipsometry MWE) [7] μέσω της οποίας γίνεται η καταγραφή των τροχιών που διαγράφουν οι ελλειψομετρικές γωνίες Ψ και Δ. Σύμφωνα με την αντίστοιχη θεωρία, όταν οι τροχιές Ψ Δ είναι κλειστές για μία δεδομένη ενέργεια και για ένα συγκεκριμένο πάχος, το οποίο αποτελεί και την χαρακτηριστική περίοδο στην οποία θα διαγράφεται ένας πλήρης κύκλος, τότε η ηλεκτρονική απορρόφηση που έχει το υμένιο είναι μηδενική και επομένως είναι οπτικά διαφανές στην ενέργεια αυτή [, 8]. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η οπτική διαφάνεια στην ορατή περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος ήταν η πρωταρχική απαίτηση για τα λεπτά υμένια που χρησιμοποιούνται στις AR επικαλύψεις των φωτοβολταϊκών κυψελίδων. Ως παράδειγμα της μελέτης αυτής παρουσιάζεται το Σχ. 1, το οποίο περιέχει τις τροχιές Ψ Δ που καταγράφηκαν κατά την ανάπτυξη υμενίων SiO x από υλικό στόχου SiO σε ενέργειες

3 ~1.7 και 3.53 ev, οι οποίες είναι κλειστές. Άρα το υμένιο SiO x παρουσιάζει οπτική διαφάνεια στην περιοχή του ορατού. Τα αποτελέσματα που προκύπτουν από την real-time MWE για την οπτική απόκριση των υμενίων επιβεβαιώνονται στην συνέχεια μέσω της φασματοσκοπικής μελέτης των υμενίων. 3 5 E=3.58eV E=1.71eV Δ (deg.) Ψ (deg.) Ψ (deg.) Σχήμα 1: Μετρήσεις real time MWE των ελλειψομετρικών γωνιών Ψ και Δ που καταγράφηκαν κατά την διαδικασία ανάπτυξης υμενίου SiO x με την ΕΒΕ τεχνική. Για την θεωρητική κατ αρχήν πρόβλεψη της οπτικής συμπεριφοράς μιας AR επικάλυψης απαιτούνταν η εύρεση της φασματικής εξάρτησης του δείκτη διάθλασης των υμενίων που θα αποτελούσαν την συνολική οπτική επικάλυψη. Απαιτήθηκε λοιπόν, η φασματοσκοπική μελέτη της διηλεκτρικής συνάρτησης των υμενίων και η ανάλυση των πειραματικών φασμάτων με χρήση του κατάλληλου μοντέλου. Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκαν ex situ μετρήσεις φασματοσκοπικής ελλειψομετρίας (SE) στην ευρεία φασματική περιοχή από το κοντινό υπέρυθρο (NIR) έως το μακρινό υπεριώδες (far UV, FUV), ή αλλιώς στην ενεργειακή περιοχή ev, ή nm. Η επέκταση της πειραματικά μετρούμενης περιοχής στο FUV είναι ιδιαίτερα σημαντική για τη μελέτη των διαφανών υμενίων, τα οποία παρουσιάζουν την ισχυρή ηλεκτρονική τους απορρόφηση στις υψηλές ενέργειες. Επομένως, μπορούμε να υπολογίσουμε και να προβλέψουμε με μεγαλύτερη ακρίβεια την απόκριση της διηλεκτρικής συνάρτησης των υμενίων αυτών. Οι ex situ SE μελέτες εστιάστηκαν στις ακόλουθες απαιτήσεις που σχετίζονται με την ανάπτυξη, τη μελέτη και τον χαρακτηρισμό των υμενίων SiO x, TiO x, και : α) την εύρεση του ρυθμού εναπόθεσης, β) την εύρεση της φασματικής απόκρισης του δείκτη διάθλασης ή της διηλεκτρικής συνάρτησης των υπό μελέτη υμενίων, και γ) την εκτίμηση της στοιχειομετρίας τους ή/και της πυκνότητάς τους. Αυτό προκύπτει από το γεγονός ότι η AR οπτική απόκριση μίας AR επικάλυψης καθορίζεται από τον κατάλληλο συνδυασμό των παχών d και των δεικτών διάθλασης n της απλής στρώσης ή των διαδοχικών στρώσεων, λαμβάνοντας υπόψη και τον δείκτη διάθλασης διάθλασης του υποστρώματος. Για την περίπτωση των λεπτών και διαφανών υμενίων η μετρούμενη ποσότητα με την ελλειψομετρία είναι αυτή της ψευδοδιηλεκτρικής συνάρτησης <ε(ω)> (=< (ω)>+i< (ω)>) για το λόγο ότι το βάθος διείσδυσης της προσπίπτουσας ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας είναι πολύ μεγαλύτερο του πάχους των υμενίων, επομένως η μετρούμενη ποσότητα <ε(ω)>,

4 είναι μία σύνθετη ποσότητα που περιέχει πληροφορίες και για το πάχος του υμενίου αλλά και την συνεισφορά του υποστρώματος. Χρησιμοποιώντας το κατάλληλο γεωμετρικό μοντέλο (3- φάσεις: αέρας/διαφανές υμένιο/c-si ή poly-si) [9] καθώς και το κατάλληλο μοντέλο ή αλλιώς εξίσωση διασποράς για την παραμετροποίηση της διηλεκτρικής απόκρισης των υμενίων (Tauc-Lorentz oscillator TL) [1] υπολογίστηκαν τόσο το πάχος όσο και οι παράμετροι του μοντέλου ΤL, βάσει των οποίων μπορούμε να υπολογίσουμε την bulk διηλεκτρική απόκριση του υμενίου χωρίς την συνεισφορά του πάχους του και του υποστρώματος στο οποίο αναπτύσσεται. <ε(ω)> 1 8 SiO x on c-si d=9nm < (ω)> exp. < (ω)> exp. < (ω)> fit < (ω)> fit <ε(ω)> 1 TiO x on c-si d=5nm < (ω)> exp. < (ω)> exp. < (ω)> fit < (ω)> fit Σχήμα : Η πειραματικά μετρούμενη <ε(ω)> (exp.) και η θεωρητικά υπολογιζόμενη (fit) βάσει των αποτελεσμάτων που προκύπτουν μέσα από διαδικασίες ελαχιστοποίησης υμενίου SiO x πάχους 9 nm. Σχήμα 3: Η πειραματικά μετρούμενη <ε(ω)> (exp.) και η θεωρητικά υπολογιζόμενη (fit) βάσει των αποτελεσμάτων που προκύπτουν μέσα από διαδικασίες ελαχιστοποίησης υμενίου ΤiO x πάχους 5 nm. Pseudodielectric Function (ω) EXP (ω) EXP (ω) FIT (ω) FIT Σχήμα : Η πειραματικά μετρούμενη <ε(ω)> (exp.) και η θεωρητικά υπολογιζόμενη (fit) βάσει των αποτελεσμάτων που προκύπτουν μέσα από διαδικασίες ελαχιστοποίησης υμενίου. Αντιπροσωπευτικά φάσματα <ε(ω)> για τα τρία υλικά που μελετήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας εργασίας παρουσιάζονται στα Σχ. -, όπου εκτός της μετρούμενης <ε( ω) >, περιλαμβάνεται και η θεωρητική <ε(ω)> η οποία προκύπτει με εφαρμογή των βέλτιστων τιμών των παραμέτρων ελαχιστοποίησης που λαμβάνονται μέσω των υπολογιστικών

5 διαδικασιών (fitting) με αλγόριθμο ελαχίστων τετραγώνων Levenberg Marquardt. Στα Σχήματα 5 και παρουσιάζονται οι υπολογιζόμενες bulk ε(ω) για τα υμένια SiO και TiO, αντίστοιχα. Από το Σχ. 5 όπου παρουσιάζονται οι bulk ε(ω) τριών υμενίων SiO x είναι έντονες οι διαφορές στην ε(ω) μεταξύ των υμενίων που οφείλονται κατά κύριο λόγο στην στοιχειομετρία τους. Αυτό προκύπτει από την ενεργειακή θέση της μέγιστης ηλεκτρονικής απορρόφησης, η οποία ταυτίζεται με την ενέργεια όπου εντοπίζεται το μέγιστο στο φανταστικό μέρος της διηλεκτρικής συνάρτησης (ω). Είναι γνωστό από την βιβλιογραφία ότι όταν x = 1 το max εμφανίζεται στα ~5 ev, ενώ όταν x = το max εμφανίζεται στα ~1 ev [11]. Επομένως, όσο το max μετατοπίζεται σε υψηλότερες ενέργειες, με άμεσο επακόλουθο τη μείωση της τιμής του πραγματικού μέρους της διηλεκτρικής συνάρτησης (ω=ev) ή του δείκτη διάθλασης n {=[ (ω= ev)] 1/ }, τόσο το x αυξάνει. Τελικά, επιλέχθηκε το SiO x υμένιο το οποίο έχει x~, διότι έχει το μεγαλύτερο θεμελιώδες ενεργειακό χάσμα ω g, και το μικρότερο n, γεγονός που το καθιστά καταλληλότερο για να χρησιμοποιηθεί ως υμένιο χαμηλού δείκτη διάθλασης. ε(ω) SiO x by EBE (ω) SiOx x~1. (ω) SiOx x~1. (ω) SiOx x~1.8 (ω) SiOx x~1.8 (ω) SiOx x~ (ω) SiOx x~ ε(ω) TiO x by EBE (ω) #1 higher n: higher density (ω) #1 (ω) # (ω) # 1 higher ω g : higher optical transparency higher ω g : higher optical transparency Σχήμα 5: Οι υπολογισμένες bulk ε(ω) υμενίων SiO x διαφορετικών στοιχειομετριών. Σχήμα : Οι υπολογισμένες bulk ε(ω) υμενίων ΤiO x που αναπτύχθηκαν με διαφορετικές συνθήκες εναπόθεσης. Στο Σχ. όπου παρουσιάζονται οι bulk ε(ω) δύο υμενίων TiO x, τα οποία διαφέρουν μεταξύ τους κυρίως στις απόλυτες του και σε μικρότερο βαθμό στις τιμές του ω g. Η μέγιστη απορρόφηση εμφανίζεται σε παρόμοιες σχεδόν ενέργειες γεγονός που δηλώνει ότι τα δύο υμένια έχουν παρόμοια στοιχειομετρία, η οποία βάσει των δεδομένων από την βιβλιογραφία είναι x~. Οι διαφορές στο οφείλονται στην ύπαρξη μεγαλύτερου ποσοστού μικροκενών στο ΤiO x υμένιο που έχει τις μικρότερες απόλυτες τιμές (#1). Επομένως επιλέχθηκε το TiO x υμένιο που έχει το μεγαλύτερο (ω= ev), και ταυτόχρονα το μεγαλύτερο ω g (οπτική διαφάνεια), ως υμένιο υψηλού δείκτη διάθλασης. Οι κυριότερες παράμετροι εναπόθεσης που μελετήθηκαν για την ανάπτυξη των υμενίων ήταν η P N και το bias V B του υποστρώματος λόγου του ότι αυτές καθορίζουν το ποσοστό του αζώτου που θα περιέχεται στο τελικό δείγμα. Το ποσοστό του αζώτου προσδιορίζει και την στοιχειομετρία x των υμενίων και επομένως και τις οπτικές ιδιότητες, όπως για παράδειγμα την οπτική διαφάνεια, τον συντελεστή απορρόφησης και το θεμελιώδες οπτικό χάσμα. Οι ιδιότητες αυτές είναι ιδιαίτερα σημαντικές και βάσει αυτών έγινε η τελική αξιολόγηση της καταλληλότητας εφαρμογής των υμενίων στις μονοστρωματικές AR οπτικές επικαλύψεις των φωτοβολταϊκών κυψελίδων.

6 (ω) 8 - #581 #58 #583 #58 #585 #58 (ω) 1 8 #581 #58 #583 #58 #585 # Σχήμα 7: Το πραγματικό μέρος (ω) των υπολογισμένων bulk διηλεκτρικών συναρτήσεων υμενίων Σχήμα 8: Το φανταστικό μέρος (ω) των υπολογισμένων bulk διηλεκτρικών συναρτήσεων υμενίων. Στα Σχ. 7 και 8 παρουσιάζονται οι υπολογισμένες bulk ε(ω) το πραγματικό και φανταστικό τους μέρος, αντίστοιχα, για τα έξι υμένια, που μελετήθηκαν στα πλαίσια της εργασίας αυτής. Στα δείγματα #58 και #58 για τα οποία εφαρμόστηκε αρνητικό bias V και μη μηδενική μερική πίεση Ν για την ανάπτυξή τους παρατηρείται και η μικρότερη διαπλάτυνση (broadening) του ταλαντωτή. Τα δείγματα #581 και #583 τα οποία αναπτύχθηκαν με μηδενική ροή Ν και με floating ή αρνητικό bias παρουσιάζουν την μεγαλύτερη απορρόφηση στην ορατή και κοντινή υπεριώδη περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Οι διηλεκτρικές συναρτήσεις των υμενίων #58 και #585 εμφανίζουν σημαντικές ομοιότητες με το μέγιστο της απορρόφησης στις υψηλότερες ενέργειες. Τέλος, από την σύγκριση των διηλεκτρικών συναρτήσεων όλων των δειγμάτων λαμβάνεται ότι η φασματική εξάρτηση της διηλεκτρικής συνάρτησης των υμενίων #58 και #58 προσεγγίζει σε μεγαλύτερο βαθμό αυτήν του Si 3 N [1]. Αυτό που μπορεί να εξαχθεί τελικά είναι ότι τα υμένια #58 και #58 βρίσκονται πλησιέστερα στην ιδανική τιμή του x (x=1.33 για Si 3 N ) και αποτελούν την καλύτερη πειραματική προσέγγιση του άμορφου αζωτούχου πυριτίου. 1,,9,8,7 poly-si poly-si/tio(high density)35 nm/sio 7 nm poly-si/ 7 nm poly-si/ 8 nm Reflectivity,,5,,3,,1, Wavelength (Å) Σχήμα 9: Συγκριτικό διάγραμμα της ανακλαστικότητας του poly-si και των θεωρητικά υπολογιζόμενων AR επικαλύψεων -στρώσεων SiO x /TiO x /poly-si, καθώς και αυτών που προκύπτουν για AR επικάλυψη 1-στρώσης για δύο διαφορετικά πάχη 7 και 8 nm.

7 Για την επίτευξη αντι-ανακλαστικής οπτικής συμπεριφοράς σε μία ευρεία περιοχή μηκών κύματος απαιτούνται περισσότερα του ενός στρώματα, τα οποία αποτελούνται από υλικά με χαμηλό (low index) και υψηλό (high index) δείκτη διάθλασης. Η ανακλαστικότητα μίας βελτιστοποιημένης δομής -στρώσεων AR επικάλυψης αποτελούμενης από TiO και SiO υλικά παρουσιάζεται στο Σχ. 9. Στο ίδιο σχήμα έχουν επίσης συμπεριληφθεί οι υπολογιζόμενες ανακλαστικότητες 1-στρώσης (#58) για δύο διαφορετικά πάχη 7 και 8 nm. Τα αποτελέσματα αυτά είναι ιδιαίτερα σημαντικά μιας και με μία μόνο στρώση επιτεύχθηκε αξιοσημείωτη μείωση της ανακλαστικότητας του poly-si υποστρώματος στην περιοχή του ορατού.. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η επιλογή των καταλληλότερων συνθηκών ανάπτυξης λεπτών υμενίων οξειδίων που αποτελούν τις διαδοχικές στρώσεις της AR επικάλυψης βασίστηκε στα ακόλουθα κριτήρια. 1. Για την επίτευξη της βέλτιστης οπτικής απόκρισης της AR επικάλυψης τα υμένια με υψηλό και χαμηλό δείκτη διάθλασης θα πρέπει να έχουν τη μέγιστη διαφορά στους δείκτες διάθλασής τους.. Όλα τα υμένια ανεξάρτητα από το αν έχουν χαμηλό ή υψηλό δείκτη διάθλασης θα πρέπει να είναι διαφανή στην ορατή περιοχή του φάσματος, δηλαδή να έχουν μεγάλο θεμελιώδες οπτικό χάσμα ω g. 3. Ενδιαφέρον παρουσιάζουν και άλλες ιδιότητες (εκτός των οπτικών) που σχετίζονται κυρίως με την πυκνότητα. Η πυκνότητα αποτελεί ένα έμμεσο τρόπο μέτρησης των μικροκενών και ατελειών που περιλαμβάνουν τα υμένια (μεγάλο ποσοστό μικροκενών μικρή πυκνότητα μικρός δείκτης διάθλασης). Αντίστοιχα, για την περίπτωση των AR επικαλύψεων απλής στρώσης με χρήση διαφανών υμενίων κριτήριο επιλογής της βέλτιστης επικάλυψης αποτέλεσε η καλύτερη προσέγγιση της οπτικής απόκρισης του υμενίου προς αυτήν του στοιχειομετρικού Si 3 N. Τέλος, προέκυψε μία σημαντική ελαχιστοποίηση της ανακλαστικότητας των φωτοβολταϊκών κυψελίδων πυριτίου στην φασματική περιοχή Å, τόσο για την διπλή όσο και για την απλή AR επικάλυψη, ενώ για την περιοχή 3..5 Å επιτυγχάνεται αξιοσημείωτη μείωση της ανακλαστικότητας μόνο με την διπλή AR επικάλυψη. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η εργασία υποστηρίχθηκε οικονομικά από το Ίδρυμα Προώθησης Έρευνας της Κύπρου (ΙΠΕ) στα πλαίσια των ερευνητικών έργων ΗΛΙΟΒΑΤ (Αρ. Πρ. /1) και ΑΠΟΔΟΣΙΣ (Αρ. Πρ. 8/). ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Proceedings in "Optical interference coatings 199", Vol.15, Tucson Arizona, USA, E.S. Kolesar, Jr., V.M. Bright, D.M. Sowders, Thin Solid Films 9-91, 3-9, S. Logothetidis and M. Gioti, Mater. Sci. Eng.B, , S. Logothetidis, M. Gioti, P. Patsalas, Diam Relat. Mater. 1, 117-1, Y. Cong et al., Appl.Optics 3, 9, S. Logothetidis, in Thin Films Handbook: Processing, Characterization and Properties ed. by H.S. Nalwa, Academic Press, (1). 7. V.G. Kechagias, M. Gioti, S. Logothetidis, R. Benferhat, D. Teer, Thin Solid Films 3, 13, (). 8. S. Logothetidis, M. Gioti and Ch. Lioutas, Carbon 3, , 1998.

8 9. R.M.A. Azzam, and N. Bashara, Ellipsometry and Polarized Light (North-Holland, Amsterdam, 1977). 1. G.E. Jellison, Jr. and F.A. Modine, Appl. Phys. Lett. 9, 371, Handbook of Optical Constants of Solids, edited by E.D. Palik, (Academic, London, 1985) and (Academic, Boston, 1991). 1. J. Petalas, S. Logothetidis, Physical Review B 5 (1), , 199.