Благодаря большому числу ионизированных уже при комнатной температуре мелких донорных или акцепторных примесных уровней и появлению вследствие этого большого числа свободных носителей заряда, оптические свойства силыюлегированных полу­проводников в инфракрасной области спектра приближаются к оптическим свойствам металлов [123, 124]. Увеличение концентра­ции свободных носителей приводит к значительному росту как показателя преломления, так и показателя поглощения полупро­водникового материала в области hv Eg и вследствие этого к резкому увеличению отражения в этой же области спектра. Таной характер изменения оптических свойств полупроводников при легировании был экспериментально подтвержден на многих полупроводниковых материалах; обзор этих исследований наибо­лее полно представлен в работе [125]. В то же время оптические свойства полупроводника в области hv Eg при легировании практически не изменяются [126]. Это означает, что при hv Ег коэффициент отражения определяется по-прежнему только пока­зателем преломления полупроводникового материала (как в случае отсутствия легирования или при слабом легировании). Это справедливо вплоть до ультрафиолетовой области спектра, где показатель поглощения полупроводника вновь начинает возрас­тать за счет прямых переходов из валентной зоны в зону проводи­мости на границах зоны Бриллюэна [125]. Таким образом, коэффи­циент отражения силыюлегированных полупроводников обнару — живает отчетливую селективность по спектру [127]. При исполь­зовании этого эффекта для создания селективных поверхностей коллекторов солнечных установок необходимо отметить, что в этом случае выбор полупроводникового материала не определяется соответствием ширины его запрещенной зоны значению Япор. оит для данного селективного покрытия. Возрастание R начинается у сильнолегированных полупроводников не непосредственно за краем основной полосы поглощения, а при значительно больших значениях X. Непосредственно за краем основной полосы поглоще­ния сильнолегированпых полупроводников имеется область спект­ра, где показатель поглощения еще очень мал, а показатель пре­ломления приближается к единице, что приводит к возникновению на кривой отражения резкого минимума, называемого иногда ми­нимумом плазменного резонанса, так как появление его вызвано взаимодействием падающего излучения с электронно-дырочной плазмой. Наличие этой области низкого отражения было экспери­ментально отмечено для различных полупроводниковых материа­лов в сильнолегированном состоянии в ряде работ [123—127]. Вследствие этого длинноволновый край основной полосы поглоще­ния (для кремния при Я, = 1,1 мкм), определяемый шириной запрещенной зоны полупроводника, отделяется от области высо­кого отражения (начинающейся для сильнолегированного кремния е Я, = 5 — г- 7 мкм) довольно значительным спектральным интерва­лом. Очевидно, что при выборе сильнолегированного полупровод­ника для селективного покрытия необходимо иметь эксперимен­тальные данные о спектральной зависимости коэффициента отра­жения различных полупроводниковых материалов при разных уровнях легирования и выбрать тот материал, у которого начало спектральной области высокого отражения совпадает с требующим­ся для конкретного гелиотехнического устройства значением Я*пор. опт коллекторной поверхности.

В связи с трудностями получения тонких монокристаллических слоев сильнолегированных полупроводников на подложках из металлов, которые используются в гелиотехнических устройствах, в качестве объекта для экспериментального исследования селектив­ных покрытий данного типа были выбраны солнечные элементы, изготавливаемые из пластин мопокристаллического кремния [107]. На рабочей поверхности прибора создается сильнолегированный слой п — или p-типа диффузией легирующей примеси в монокристал — лические пластины кремния до максимальной степени насыщения, определяемой пределом растворимости данной примеси в кремнии. Таким образом, поверхность солнечных элементов может служить объектом для изучения свойств селективных покрытий из сильно­легированных полупроводников [107, 127, 128].

На рис. 3.5 приведены спектральные кривые отражения сол­нечных элементов с указанием получающихся (в результате расче­та по данной спектральной кривой или из прямых измерений) значений интегральных оптических коэффициентов ас и в при 25° С.

Кривая 1 получена для изготовленного в США солнечного элемента с легированным слоем p-типа, образованного диффузией бора; отражение в области 0,4—4 мкм снижено за счет просветля­ющего действия пленки из окислов бора, образовавшейся на поверхности после проведения процесса диффузии [129].

Кривая 2 — для изготовленного в СССР солнечного элемента, верхний легированпый слой которого получен диффузией фосфора; поверхность элемента оптически полирована; покрытие отсутству­ет [83].

Кривая 3 — для изготовленного в СССР фотоэлемента с про — светляющим покрытием из пленки SiO (d = 0,15 мкм).

Кривая 4 — приведенная для сравнения спектральная зависи­мость коэффициента отражения от поверхности слаболегировап — ного кремния с концентрацией примесей менее 101т см-3 [126]; отражение от тыльной грани образца полностью подавлено созда­нием шероховатой поглощающей поверхности (шлифовкой микро­абразивом). Такой кремний используется для базового слоя солнечных элементов.

Из сравнения кривых рис. 3.5 наглядно видно, что высокий коэффициент отражения в области к 5 мкм обязан своим проис­хождением наличию у солнечных элементов сильнолегировапнаго (концентрация примесей 1-Ю19 —4-Ю20 см-3) диффузионного слоя; у базового слабилеіиТюванного слоя значение коэффициента отражения в инфракрасной области спектра в несколько раз меньше.

Несомненно, что при практическом использовании поверхно­стей описанного типа в качестве селективных покрытий необходимо получить сильнолегированные полупроводники в виде тонких слоев на подложках из меди, алюминия и их сплавов, используе­мых для изготовления коллекторных пластин гелиоустановок. Следует отметить, что технология создания монокристаллических сильнолегированных полупроводниковых слоев весьма сложна. Другим недостатком селективных покрытий из сильнолегирован­ных полупроводников является невозможность получения значе­ний є 0,2. Это вызвано тем, что даже при сильном легировании (до предела растворимости примеси в данном полупроводнике) удельное сопротивление, а следовательно, и коэффициент отраже­ния в инфракрасной области у полупроводников значительно ниже, чем у хорошо проводящих металлов, таких, как медь или алюминий.