Микроэлектроника, 2024, № 4

Российская академия наук
МИКРОЭЛЕКТРОНИКА
Том 53    № 4    2024    Июль–Август
Основан в 1972 г.  
Выходит 6 раз в год  
ISSN 0544-1269
Журнал издается под руководством
Отделения нанотехнологий и информационных технологий РАН
Главный редактор
Г.Я. Красников
Редакционная коллегия:
И.И. Абрамов, М.Р. Бакланов, А.А. Бухараев, 
А.А. Горбацевич, Е.С. Горнев, Ф.Ф. Комаров,  
В.Ф. Лукичев (заместитель главного редактора), П.П. Мальцев,  
И.Г. Неизвестный (заместитель главного редактора), 
В.П. Попов, Д.В. Рощупкин,  
К.В. Руденко (ответственный секретарь),  
А.С. Сигов, М.Н. Стриханов, Р.А. Сурис,  
Ю.А. Чаплыгин, В.А. Шахнов 
Зав. редакцией Е.В. Есина
Адрес редакции: 117218 Москва, Нахимовский проспект, 36, корп. 1, ФТИАН 
Тел. 8-499-129-54-46
ponomareval@mail.ru
Москва
ФГБУ «Издательство «Наука»
© Российская академия наук, 2024
© Редколлегия журнала “Микроэлектроника”  
     (составитель), 2024

СОДЕРЖАНИЕ
Том 53, номер 4, 2024 
ДИАГНОСТИКА
Исследование фотоэлектрических параметров неорганических солнечных элементов  
на основе Cu2O и CuO
А. В. Саенко, Г. Е. Билык, В. А. Смирнов 
285
КВАНТОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Квантовый вентиль CNOT на пространственных фотонных кубитах с резонансным 
электрооптическим контролем
А. В. Цуканов, И. Ю. Катеев  
297
МЕМРИСТОРЫ
Эволюция вольт-амперной характеристики биполярного мемристора
А. В. Фадеев, К. В. Руденко 
 
311
МОДЕЛИРОВАНИЕ
Аппроксимация спектра поглощения фосфида индия в контексте моделирования процесса 
очувствления
Ф. В. Макаренко, В. К. Зольников, А. И. Заревич,  
Н. Ю. Заленская, А. В. Полуэктов 
 
318
ТЕХНОЛОГИИ
Методика изготовления фоточувствительных элементов на основе PtSi
Э. А. Керимов  
331
Микроструктура островковых пленок Al на Si(111) при магнетронном напылении:  
влияние температуры подложки
А. А. Ломов, Д. М. Захаров, М. А. Тарасов, А. М. Чекушкин,  
А. А. Татаринцев, А. Л. Васильев 
 
335
Плазмохимическое и реактивно-ионное травление арсенида галлия  
в среде дифтордихлорметана с гелием
Д. Б. Мурин, И. А. Чесноков, И. А. Гогулев, А. Л. Анохин, А. Е. Молоскин 
346

CONTENTS
Volume 53, Issue 4, 2024
DIAGNOSTICS
Investigation of the Photoelectric Parameters of Inorganic Solar Cells Based on Cu2O and CuO
A. V. Saenko, G. E. Bilyk, V. A. Smirnov 
285
QUANTUM TECHNOLOGIES
Quantum CNOT Gate on Spatial Photon Qubits with Resonant Electro-Optical Control
A. V. Tsukanov, I. Yu. Kateev 
297
MEMRISTORS
Evolution of the Current-Voltage Characteristic of a Bipolar Memristor
A. V. Fadeev, K. V. Rudenko 
311
MODELING
Approximation of the Absorption Spectrum of Indium Phosphide  
in the Context of Sensitization Process Modeling
F. V. Makarenko, V. K. Zolnikov, A. I. Zarevich, N. Yu. Zalenskaya, A. V. Poluektov 
318
TECHNOLOGIES
Fabrication Method for Photodetector Elements Based on PtSi
E. A. Kerimov 
331
Microstructure of Island Films of Al on Si(111) in Magnetron Sputtering: Effect of Substrate Temperature
A. A. Lomov, D. M. Zakharov, M. A. Tarasov, A. M. Chekushkin, A. A. Tatarintsev, A. L. Vasiliev 
335
Plasma-Chemical and Reactive Ion Etching of Gallium Arsenide  
in a Difluorodichloromethane with Helium Environment
D. B. Murin, I. A. Chesnokov, I. A. Gogulev, A. L. Anokhin, A. E. Moloskin 
346

МИКРОЭЛЕКТРОНИКА, 2024, том 53, № 4, с. 285–296
ȾɂȺȽɇɈɋɌɂɄȺ
УДК 621.383.51
ɂɋɋɅȿȾɈȼȺɇɂȿ ɎɈɌɈɗɅȿɄɌɊɂɑȿɋɄɂɏ ɉȺɊȺɆȿɌɊɈȼ 
ɇȿɈɊȽȺɇɂɑȿɋɄɂɏ ɋɈɅɇȿɑɇɕɏ ɗɅȿɆȿɇɌɈȼ  
ɇȺ ɈɋɇɈȼȿ Cu2O ɂ CuO
© 2024 г.    Ⱥ ȼ ɋɚɟɧɤɨ* Ƚ ȿ Ȼɢɥɵɤ ȼ Ⱥ ɋɦɢɪɧɨɜ
Южный федеральный университет, Таганрог, Россия
*Е-mail: avsaenko@sfedu.ru
Поступила в редакцию 07.03.2024 г. 
После доработки 25.04.2024 г. 
Принята к публикации 25.04.2024 г.
Проведено теоретическое исследование фотоэлектрических параметров неорганических солнечных 
элементов на основе гетеропереходов ZnO/Cu2O и ZnO/CuO для повышения эффективности преобразования энергии. Исследовано влияние толщины, концентрации носителей заряда и ширины 
запрещенной зоны пленок Cu2O и CuO, а также ZnO на фотоэлектрические параметры солнечных 
элементов. Результаты моделирования показали, что на эффективность солнечных элементов существенно влияют контактная разность потенциалов, диффузионная длина неосновных носителей заряда, величина генерируемого фототока и скорость рекомбинации. Получена максимальная эффективность солнечного элемента на основе ZnO/Cu2O, равная 10.63%, которая достигается при ширине запрещенной зоны, толщине и концентрации носителей заряда в Cu2O, равных 1.9 эВ, 5 мкм и 1015 см–3 
и ширине запрещенной зоны, толщине и концентрации носителей заряда в ZnO, равных 3,4 эВ, 20 нм 
и 1019 см–3, а также величине смещения краев зон проводимости 0.8 эВ. Для солнечного элемента на 
основе ZnO/CuO получена максимальная эффективность, равная 18.27%, при ширине запрещенной 
зоны, толщине и концентрации носителей заряда в CuO, равных 1.4 эВ, 3 мкм и 1017 см–3, а также величине смещения краев зон проводимости 0.03 эВ. Полученные результаты моделирования солнечных элементов могут быть использованы при разработке и изготовлении недорогих и эффективных 
фотоэлектрических структур.
Ключевые слова: солнечный элемент, численное моделирование, оксидные полупроводники, толщина 
пленок, концентрация носителей заряда, ширина запрещенной зоны, эффективность
DOI: 10.31857/S0544126924040011
1. ВВЕДЕНИЕ
ZnO, TiO2 и Ga2O3 могут использоваться в качестве 
широкозонного окна (> 3 эВ) для формирования 
p-n-гетеропереходов, что открывает большие возможности в создании различных структур недорогих неорганических солнечных элементов [1–6].
В настоящее время широко исследуются пленки 
Cu2O и CuO для использования как в неорганических оксидных, так и в органических перовскитных 
солнечных элементах на основе p-n- и p-i-n-гетероструктур для поглощения солнечного излучения и переноса носителей заряда. Cu2O является 
полупроводником p-типа проводимости с шириной запрещенной зоны 1.9–2.5 эВ, который имеет 
высокий коэффициент поглощения (104–105 см–1), 
высокую подвижность носителей заряда (порядка 100  см2/В·с) и  низкое электронное сродство 
(3.2 эВ), что является перспективным для применения в структурах солнечных элементов [2–7]. 
CuO также является полупроводником p-типа 
В последнее время активно ведутся поиски недорогих полупроводниковых материалов для формирования простых и  эффективных фотоэлектрических структур. При этом большое внимание 
привлекают неорганические полупроводники на 
основе оксидов металлов, что объясняется их большим разнообразием, а также потенциально перспективными электрофизическими и оптическими свойствами. Оксидные полупроводники широко распространены и безопасны для окружающей 
среды, а также не требуют сложных технологических процессов, что делает их многообещающими 
материалами для снижения стоимости изготовления солнечных элементов. В частности, ширина запрещенной зоны оксидов меди (Cu2O, CuO) 
близка к оптимальной (1.0–2.0 эВ) для использования их в фотоэлектрических структурах в качестве поглотителей солнечного излучения, тогда как 
285

САЕНКО и др.
смещения краев зон проводимости в материалах 
гетероструктур солнечных элементов на их фотоэлектрические параметры. Целью работы являлось 
определение оптимальных параметров оксидов металлов для повышения эффективности солнечных 
элементов, а также сравнение фотоэлектрических 
параметров данных структур.
2. МАТЕРИАЛЫ И ПАРАМЕТРЫ 
МОДЕЛИРОВАНИЯ
Для численного моделирования фотоэлектрических характеристик и параметров гетероструктур 
солнечных элементов существует широкий выбор 
программных пакетов, таких как SCAPS, PC1D, 
AFORS-HET, AMPS и другие [15–20]. Программа 
SCAPS (Solar Cell Analysis Program Simulator) является наиболее мощной и удобной системой одномерного численного моделирования для описания 
физических процессов, протекающих в структурах 
солнечных элементов. Данная программа широко используется для построения вольтамперных 
характеристик и определения фотоэлектрических 
параметров, таких как плотность тока короткого 
замыкания, напряжение холостого хода, фактор заполнения и эффективность солнечного элемента. 
Кроме того, SCAPS позволяет учитывать рекомбинацию носителей заряда через локальные уровни 
(дефекты) в запрещенной зоне полупроводника 
и на межфазной границе гетеропереходов, а также 
задавать тип проводимости и уровень легирования 
за счет наличия определенной концентрации примеси или структурных дефектов (донорных или акцепторных) [11, 16].
Численное моделирование в  SCAPS основано на нестационарной диффузионно-дрейфовой 
системе уравнений полупроводника, в которую 
входят уравнения непрерывности для электронов 
и дырок и уравнение Пуассона [10, 15]:
 
∂
∂
−∂
∂
+
∂
∂
⎛
⎝
⎜
⎜
⎜
⎞
⎠
⎟
⎟
⎟
⎡
⎦
⎥
⎥+
−
= ∂
∂
x μ
n
x
kT
q
n
x
G
R
n
t
n
M
, 
(1)
⎣
⎢
⎢
⎤
 
∂
∂
∂
∂
+
∂
∂
⎛
⎝
⎜
⎜
⎜
⎞
⎠
⎟
⎟
⎟
⎡
⎦
⎥
⎥+
−
= ∂
∂
x μ
p x
kT
q
p
x
G
R
p
t
p
M
,  
(2)
⎣
⎢
⎢
⎤
2
M
 
∂
q
p
n
N
N
A
D
μ
μ
,  
(3)
2
0
x
∂
= −
−
−
+
(
)
где n, p — концентрация свободных электронов 
и дырок; μn, μp — подвижности электронов и дырок; φ — электрический потенциал; k — постоянная Больцмана; T — температура; q — элементарный заряд; ε — относительная диэлектрическая 
проницаемость; ε0 — диэлектрическая постоянная; 
G — скорость оптической генерации электронно-дырочных пар; R — скорость рекомбинации 
электронно-дырочных пар; ND, NA — концентрация донорной и акцепторной примеси или структурных дефектов (ловушек).
проводимости, который привлекает большое внимание благодаря более оптимальной ширине запрещенной зоны (1.2–1.7 эВ) и высокому коэффициенту поглощения (104–105 см–1) в видимой области спектра. Однако максимальная эффективность 
неорганических солнечных элементов на основе 
Cu2O пока составляет до 5%, а на основе CuO — 
менее 1%, что связано с качеством осаждаемых оксидных пленок и металлических контактов, а также 
наличием дефектов на межфазных границах [1–4]. 
Низкая эффективность солнечных элементов на 
основе CuO также связана с небольшой концентрацией основных носителей заряда и их подвижностью (0.1 см2/В·с), а также высокой скоростью рекомбинации на поверхностных и объемных дефектах [5–7]. Таким образом, основными проблемами 
при формировании p-n-гетеропереходов являются несоответствие энергетических зон оксидных 
полупроводников, что снижает фотонапряжение, 
а также наличие дефектов на межфазной границе, 
что увеличивает скорость рекомбинации и снижает 
эффективности преобразования энергии. В некоторой степени данные проблемы решаются за счет 
осаждения широкозонного окна (буферного слоя) 
ZnO, который является полупроводником n-типа проводимости с шириной запрещенной зоны 
3.2–3.4 эВ и необходимым положением энергетических зон (электронное сродство ZnO 4.0–4.4 эВ) 
для формирования p-n-гетероперехода [6, 8].
Численное моделирование, основанное на физических принципах работы солнечных элементов, 
является одним из важнейших методов теоретического исследования возможных направлений оптимизации структуры и фотоэлектрических параметров. В настоящее время существенно возросло 
количество работ [9–15], связанных с численным 
моделированием неорганических солнечных элементов, где рассматриваются основные факторы, 
влияющие на их эффективность, такие как толщина пленок, выравнивание энергетических зон 
на межфазных границах, объемные или поверхностные дефекты, влияющие на скорости генерации и рекомбинации. При этом отсутствуют комплексные теоретические исследования, связанные 
с моделированием взаимосвязанного влияния толщины пленок и концентрации носителей заряда 
(акцепторов и доноров), а также ширины запрещенной зоны и смещения краев зон проводимости оксидных полупроводников p-n-гетероперехода на фотоэлектрические параметры солнечных 
элементов.
В данной работе представлены теоретические 
исследования неорганических солнечных элементов на основе гетеропереходов ZnO/Cu2O 
и ZnO/CuO в программе численного моделирования SCAPS. Проведены исследования влияния толщины, концентрации носителей заряда, 
ширины запрещенной зоны, а также величины 
 
МИКРОЭЛЕКТРОНИКА 
том 53 
№ 4 
2024

 
ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ 
287
( )
а
(  )
б
Уровень вакуума
Свет
(Cu O)
2
Au
EC
e
Cu O
2
или CuO
(
O)
Zn
 EC
EG(Cu O)
2
Генерация
электронов
дырочных пар
EF
EV
h
ZnO
Дефекты
на границе
раздела
EG(
O)
Zn
ТСО
Стекло
Рис. 1. Схематичное изображение структуры (а) и зонная энергетическая диаграмма (б) неорганического солнечного 
элемента на основе оксидов меди.
На рис. 1 представлено схематичное изображение структуры и зонная энергетическая диаграмма 
неорганического солнечного элемента на основе 
гетеропереходов ZnO/Cu2O и ZnO/CuO, которая 
использовалась при моделировании. В качестве 
широкозонного окна n-типа применялась пленка ZnO, а в качестве поглощающего (фотоактивного) слоя p-типа — пленка Cu2O и CuO, а также 
в качестве фронтального и тыльного контактов 
солнечного элемента использовались прозрачный 
проводящий оксидный слой (TCO) и золото (Au). 
Основные физические параметры материалов, используемые при моделировании солнечных элементов, представлены в таблице [11–15, 20].
Природа дефектов в оксидных полупроводниках существенно отличается от обычных полупроводников, таких как Si и Ge. Даже без внешнего 
введения примесей оксидные полупроводники 
проявляют заметную проводимость n- или p-типа, 
что определяется низкими энергиями образования внутренних дефектов нестехиометрии — анионными (кислородными) или катионными (металлов) вакансиями [20, 21]. При моделировании 
принималось, что основными дефектами в пленке 
ZnO являются вакансии кислорода, которые также являются донорами, а основными дефектами 
в пленках Cu2O и CuO выступают вакансии меди, 
которые являются акцепторами.
Для пленок оксидных полупроводников эффективное сечение захвата электронов и дырок 
дефектом принималось равным 10–14 см2, а тепловая скорость носителей заряда 107 см/с. Концентрация дефектов на гетерогранице ZnO/Cu2O задавалась равной 1012 см–2, а на ZnO/CuO равной 
1013 см–2. Эффективное сечение захвата электронов 
и дырок дефектом принималось равным 10–13 см2 
[17–20]. Коэффициент пропускания фронтального 
электрода составлял 95% при стандартном спектре 
плотности потока фотонов AM1.5G. Тип дефектов 
кристаллической решетки (центров рекомбинации) задавался нейтральным, поэтому механизм 
рекомбинации описывался согласно теории Шокли-Рида-Холла [10, 15]. Работа выхода из фронтального контакта (TСO) составляла 4.2 эВ, а тыльного 
(Au) — 5.1 эВ. Согласно эквивалентной схеме реального солнечного элемента при моделировании 
Таблица. Физические параметры материалов солнечного элемента
Параметры
Cu2O
CuO
ZnO
Толщина (нм)
100–8000
100–3000
10–250
α (см–1)
5·104 (104–105)
5·104 (104–105)
105
Eg (эВ)
2.1 (1.9–2.5)
1.5 (1.2–1.7)
3.4 (3.2–3.4)
χ (эВ)
3.2
4.07
4.2 (4.0–4.4)
ε
7.6
18.1
9
NA (см–3)
1016 (1013–1018)
1015 (1013–1018)
–
ND (см–3)
–
–
1019 (1015–1019)
NC/NV (см–3)
2.43·1019/1.1·1019
2.2·1019/5.5·1019
2.2·1018/1.8·1019
μn/μp (см2/В·с)
100/50
100/0.1
60/30
МИКРОЭЛЕКТРОНИКА 
том 53 
№ 4 
2024

САЕНКО и др.
( )
а
JSC, мА/см2
1018
11.50
10.23
1017
8.963
7.694
1016
6.425
1015
5.156
3.888
необходимо учитывать значения шунтирующего 
и последовательного сопротивлений [22]. На основе нашей предыдущей работы [20] при значениях шунтирующего и последовательного сопротивлений 500 и 50 Ом·см2 соответственно результаты 
моделирования фотоэлектрических параметров хорошо согласуются с экспериментальными данными, представленными в работах [3, 23–25]. Таким 
образом, в данном моделировании использовались 
оптимизированные значения 2500 Ом·см2 для шунтирующего и 3.3 Ом·см2 для последовательного сопротивлений [20].
1014
2.619
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
1.350
1013
1
2
3
4
5
6
7
8
Толщина пленки Cu O, мкм
2
(  )
б
VOC, B
1018
0.7360
0.7125
1017
0.6890
0.6655
1016
0.6420
1015
0.6185
0.5850
1014
0.5715
0.5480
1013
1
2
3
4
5
6
7
8
Толщина пленки Cu O, мкм
2
( )
в
, %
1018
6.140
5.435
1017
4.730
4.025
1016
3.320
1015
2.615
Проведено моделирование влияния толщины 
и  концентрации носителей заряда (акцепторов, 
вакансии меди) в пленке Cu2O на фотоэлектрические параметры солнечных элементов при толщине пленки ZnO 50 нм и концентрации носителей 
заряда (доноров, вакансии кислорода) 1019 см–3 
и остальных параметрах, представленных в таблице. На рис. 2 представлены полученные контурные 
графики зависимостей фотоэлектрических параметров солнечного элемента при изменении толщины 
и концентрации носителей заряда в пленке Cu2O от 
0.1 до 8 мкм и от 1013 до 1018 см–3 соответственно.
На рисунке 2 (а) видно, что при увеличении 
толщины Cu2O происходит возрастание плотности тока короткого замыкания, который в идеальном случае равен плотности фототока (Jph), причем наиболее резкое возрастание наблюдается до 
толщины порядка 2 мкм, при которой плотность 
тока короткого замыкания становится порядка 
10 мА/см2 (при концентрации носителей заряда от 
1013 до 1016 см–3), а затем возрастание становится 
менее выраженным и может снижаться, поскольку 
зависит от коэффициента поглощения солнечного 
излучения пленки Cu2O и диффузионной длиной 
избыточных носителей заряда. При увеличении 
толщины пленки Cu2O поглощается большее количество фотонов с длиной волны (λ) в диапазоне 
поглощения Cu2O (λ < λG, λG = hc/EG), что приводит к возрастанию скорости генерации (G) согласно закону Бугера-Ламберта [11, 17, 18]:
1.910
1014
1.205
 
G
T
I
e
x

  

  
( ) =
⋅
( )⋅
( )⋅
−( )⋅
0
,  
(4)
Концентрация носителей заряда, см–3
Концентрация носителей заряда, см–3
Концентрация носителей заряда, см–3
0.500
1013
1
2
3
4
5
6
7
8
O
O
O
 
J
q
G
d
ph
G
=
( )
∫O
0
, 
(5)
Толщина пленки Cu O, мкм
2
Рис. 2. Зависимость плотности тока короткого замыкания (а), напряжения холостого хода (б) и эффективности (в) солнечного элемента от толщины и концентрации носителей заряда в Cu2O.
где T — коэффициент пропускания через фронтальную поверхность, I0 — плотность потока фотонов для солнечного спектра AM1.5G, α — коэффициент поглощения пленки Cu2O, x — толщина 
пленки Cu2O, EG — ширина запрещенной зоны 
Cu2O. Это приводит к возрастанию концентрации 
избыточных носителей заряда в пленке Cu2O, при 
этом большее количество неосновные носители 
 
МИКРОЭЛЕКТРОНИКА 
том 53 
№ 4 
2024

 
ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ 
289
Из рисунка 2 (б) видно, что при увеличении толщины пленки Cu2O происходит небольшое возрастание напряжения холостого хода, которое обусловлено преимущественно возрастанием скорости генерации (4) и, соответственно, увеличением плотности 
фототока (Jph), который в идеальных условиях равен 
току короткого замыкания [14, 15, 20]:
⎞
 
V
AkT
q
ln J
J
oc
ph
=
+
⎛
⎝
⎜
⎜
⎜
⎜
⎠
⎟
⎟
⎟
⎟
0
1 ,  
(8)
заряда (электронов) диффундируют к обедненной 
области на гетерогранице ZnO/Cu2O, увеличивая 
плотность тока короткого замыкания.
При концентрации носителей заряда более 
1016 см–3 плотность тока короткого замыкания солнечного элемента снижается и достигает меньших 
значений (2–7 мА/см2), поскольку возрастает скорость рекомбинации, которая определяется диффузионной длиной неосновных носителей заряда 
в пленке Cu2O. Основным механизм рекомбинации в солнечных элементах является рекомбинация Шокли-Рида-Холла через локальные уровни, 
создаваемые дефектами кристаллической решетки, 
которыми в оксидных полупроводниках являются 
анионные и катионные вакансии. Согласно данному механизму, скорость рекомбинации (R) определяется с помощью следующих выражений [10, 18]:
2
i
 R
np
n
,  (6)
c
t
t
v
=
−
⎞
⎞
E
E
kT
⎜
⎜
−
+
−
+
n
N e
p
N e
+
⎛
n
c
E
E
kT
p
v
W
W ⎜
⎜
⎜
⎜
⎜
⎜
⎜
⎜
⎟
⎟
⎟
⎟
⎟
⎟
⎟
⎟
⎟
⎟
⎟
⎟
+
+
⎛
⎝
⎠
⎠
⎝
 
L
kT
q
N
n p
n p
n p
n p
t
,
,
,
,
,
=

 

1
 
(7)
где Ec, Ev — энергетические уровни дна зоны проводимости и потолка валентной зоны, Et — локальный энергетический уровень, создаваемый дефектами, σn, p — эффективное сечение захвата электронов и дырок дефектом, υn, p — тепловая скорость 
носителей заряда, Nt — концентрация дефектов, 
Ln, p — диффузионная длина носителей заряда.
Возрастание концентрации носителей заряда 
в пленки Cu2O от 1013 до 1018 см–3 практически вне 
зависимости от толщины сначала приводит к возрастанию плотности тока короткого замыкания 
до максимальных значений при 1015 см–3, а затем 
к снижению. Это объясняется тем, что при увеличении концентрации носителей заряда в пленке Cu2O происходит возрастание контактной разницы потенциалов (потенциального барьера для 
основных носителей заряда) и ширины обедненной области на гетерогранице ZnO/Cu2O [13, 14]. 
Большее количество неосновных носителей заряда 
(электронов) диффундирует к обедненной области 
и захватывается электрическим полем, тем самым 
увеличивая величину плотности тока короткого замыкания. Основным ограничивающим фактором 
является диффузионная длина неосновных носителей заряда, которая может приводить к их рекомбинации до достижения ими электрического поля 
[26]. Поэтому увеличение концентрации носителей 
заряда, которая связана с концентрацией дефектов 
(вакансий меди) в пленке Cu2O, приводит к уменьшению их диффузионной длины (7), возрастанию 
скорости рекомбинации (6) и уменьшения плотности тока короткого замыкания.
где J0 — обратная плотность тока насыщения, A — 
коэффициент идеальности диода эквивалентной 
схемы солнечного элемента.
В условиях разомкнутой цепи с каждой стороны p-n-гетероперехода накапливается максимально возможная концентрация носителей заряда, вызывая снижение контактной разности потенциалов 
(потенциального барьера для основных носителей 
заряда) на величину напряжения холостого хода, 
что приводит к возрастанию обратной плотности 
тока утечки [26]. Увеличение концентрации носителей заряда в пленке Cu2O, которая связана с концентрацией дефектов (вакансий меди), приводит 
к изменению плотности фототока (плотность тока 
короткого замыкания сначала возрастает, а затем 
снижается), а также к возрастанию скорости рекомбинации (6), что практически вне зависимости 
от толщины пленки Cu2O приводит к снижению 
напряжения холостого хода от 0.73 до 0.56 В.
Из рис. 2, в видно, что эффективность солнечного элемента практически повторяет форму зависимости плотности тока короткого замыкания, где эффективность возрастает примерно до 6% при концентрации носителей заряда 1015 см–3 и увеличении 
толщины пленки Cu2O более 4 мкм. Таким образом, 
оптимальная концентрация носителей заряда (акцепторов) в пленки Cu2O составила 1015 см–3, а в качестве оптимальной толщины выбрано значение 
5 мкм (дальнейшее увеличение толщины на каждые 
1 мкм приводит к возрастанию эффективности менее, чем на 0.1%), при которых получена эффективность солнечного элемента 5.98%.
Проведено моделирование влияния толщины и концентрации носителей заряда (доноров) 
в пленке ZnO на фотоэлектрические параметры 
солнечных элементов при толщине пленки Cu2O 
5 мкм и концентрации носителей заряда (акцепторов) 1015 см–3 соответственно и остальных параметрах, представленных в таблице. На рис. 3 приведены полученные контурные графики зависимостей 
фотоэлектрических параметров солнечного элемента при изменении толщины и концентрации 
носителей заряда в пленке ZnO от 10 до 250 нм и от 
1015 до 1019 см–3 соответственно.
Из рис. 3, а видно, что плотность тока короткого замыкания солнечного элемента изменяется 
незначительно от 11 до 11.3 мА/см2 при всех толщинах и концентрациях носителей заряда в пленке 
МИКРОЭЛЕКТРОНИКА 
том 53 
№ 4 
2024