Проблема увеличения КПД кремниевых солнечных элементов является одной из основных задач современной микро- и наноэлектроники. У многих солнечных элементов p – n — переход создается в приповерхностной области материала. Это связано в основном с временем жизни неосновных носителей заряда. Для увеличения времени жизни носителей заряда используется введение примесных атомов создающих очувствляющие центры. При этом можно достигнуть t~10-5¸10-6 с. Однако получение кремния с более высоким значением времени жизни носителей заряда остаётся не решенным вопросом. В этом плане представляет большой интерес создание в объеме кристалла многозарядных квантовых точек с достаточной концентрацией. Нами разработана «Низкотемпературная технология легирования кремния» позволяющая формировать нанокластеры атомов марганца – квантовые точки в объеме кристалла с концентрацией в пределах N=1013¸5×1014 см-3. На основе исследования ЭПР и атомно-силового микроскопа, а также оптических свойств кремния было установлено, что такие кластеры состоят из четырех заряженных атомов марганца (Mn+, Mn++) находящихся в ближайших междоузельных состояниях вокруг атомов бора. Поэтому такие нанокластеры в зависимости от условий легирования, а также от соотношения концентрации атомов бора и марганца могут находится в различных зарядовых состояниях . Управляя термодинамическими условиями легирования монокристаллического кремния с r~5 Ом×см, нами был получен материал с различным зарядовым состоянием кластеров атомов марганца. Время жизни носителей заряда измерялось методом релаксации фотопроводимости. Как показали результаты исследования, нанокластеры атомов марганца создают целый спектр донорных уровней лежащих выше потолка валентной зоны E=EV+(0,16¸0,4) эВ, обладают аномально большой примесной фотопроводимостью (рис. 1) и в таких образцах обнаружено аномально большое время жизни дырок. На рис. 2 представлена зависимость времени жизни дырок от концентрации кластеров. Предварительные эксперименты показали, что кремний с многозарядными нанокластерами – квантовыми точками является очень перспективным материалом для создания не только более эффективных солнечных элементов, но и фотоэлементов, работающих в ИК-области спектра l=1¸8 мкм.
Рис. 1. Спектральная зависимость фотопроводимости кремния с нанокластерами атомов марганца от длины волны ИК излучения.
Рис. 2. Зависимость времени жизни носителей заряда от концентрации нанокластеров в кремнии.