Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
12
Глава 1
Входной импульс
X
F
г
Рис. 1.4. Блок-схема автоматического измерителя вольт-фарадных характеристик.
ками лаборатории был разработан автоматический измеритель вольт-фарадных характеристик, позволяющий проводить измерения емкости в диапазоне от 2 пФ до 200 нФ [24].
При выполнении измерений вольт-фарадных характеристик частота сигнала должна принимать значения, при которых влияние протекающего тока на осцилляции заряда в области перехода максимально. Для некоторых типов солнечных элементов, которые содержат глубокие энергетические уровни ловушек, например элементов на основе Cu2S— CdS, частоту сигнала следует, наоборот, выбирать таким образом, чтобы не происходило возбуждения этих ловушек.
В процессе измерений к солнечному элементу может быть приложено обратное или прямое напряжение смещения. Однако в режиме прямого смещения приложенное напряжение не должно превышать примерно 200 мВ, в противном случае проводимость элемента значительно возрастает.
Дальнейшая обработка вольт-фарадных характеристик требует внесения в измеренные значения емкости поправки, связанной с влиянием проводимости. В соответствии с эквивалентной схемой солнечного элемента, представленной на рис. 1.5, измеренные значения емкости См и проводимости GM можно выразить через действительные значения емкости С и проводимости G с помощью соотношений [23]
См = „„',С , (!-2)
Рис. 1.5. Эквивалентная схема импеданса солнечного элемента.
Gm =
(1 -*rGRsr + (<oRsCr G+Rs (G2 + m2C2) '(1 +GRS)* +(co*RsC)t
(1.3)
Анализ свойств полупроводниковых материалов
13
Следует отметить, что при <j)RsC^> Ц- GRs справедливо приближенное равенство См~ l/C(co^s)2, т. е. См~1/С. Поскольку C~V“I/2, последовательное сопротивление Rs элемента можно определить по углу наклона зависимости См~2 от V.
Значения С и G могут быть рассчитаны по приведенным выше соотношениям с помощью ЭВМ. Из построенных затем зависимостей С~2 от V можно найти диффузионный потенциал Vd, концентрацию донорной примеси ND, толщину W обедненного слоя и напряженность поля F в области перехода — параметры, входящие в ряд уравнений, устанавливающих зависимость между С и V. Эти уравнения имеют простую форму только при однородном распределении пространственного заряда. Помимо этого случая возможны и другие профили распределения пространственного заряда [15, 21], которые показаны на рис. 1.6, а—г наряду с соответствующими теоретическими зависимостями С~2 от V. На рис. 1.6, а представлено однородное распределение заряда. Для распределения, приведенного на рис. 1.6,6 и характерного для солнечных элементов на основе Cu2S — CdS, прошедших термообработку, выполняются следующие соотношения:
___________ (14)
dV eqND
V*D^VD + (-j-}NA<P. (1.5)
Здесь Vd* — точка пересечения с осью напряжений экстраполированной зависимости С~2 от V, VD — точка на оси напряжений, соответствующая диффузионному потенциалу, е — диэлектрическая проницаемость полупроводника, NA — концентрация акцепторной примеси. Для наиболее общего случая, изображенного на рис. 1.6, г, Пфистерером [15] получены следующие соотношения:
w2== 28 (VD - V) d2 Nfi2-(ND-NA)(d*-&) (1 6>
qND Nd *
1____VT_ 2(Vd — V) d2 Njd2 — (ND — NA)(d2~ 62)
C2 e2 eqND + e2 82ND
(1.7)
Vd = - -У [NiS2 + (Nd - Na) (,i2-62) - N»d?\. (1.8)
2s
Таким образом, используя различные формы представления зависимости С-2 от V, можно найти значения VDy ND, NA или W. Определяя зависимость ND от расстояния х до перехода, мы получаем профиль распределения концентрации примеси [12,
14
Глава 1
p+-Cu2S
q(ND-NA)
p(x)
n - Cds
n-CdS
w d x
Рис. 1.6. Возможные профили распределения пространственного заряда и соответствующие зависимости С-2 от V.
22]. Измерив значение ND, можно определить положение уровня Ферми. Напряженность поля F в области перехода находится из уравнения [19]
F(V) =
2(Vd-V) _ qNDW(V)
W (К) е
(1.9)
Измерения емкости перехода при освещении и спектральной зависимости емкости дают очень важную информацию о влиянии глубоких уровней на характеристики перехода. Ротворф
Анализ свойств полупроводниковых материалов
15
м ДР- [19] провели исследование емкости освещенного перехода C112S — CdS и изучили влияние спектрального состава излучения на поле в области перехода. Рассматривая совместные данные по емкости освещенного перехода и по спектральной чувствительности (коэффициенту собирания носителей), авторы этой работы определили скорость рекомбинации на границе раздела.
При интерпретации результатов измерений вольт-фарадных характеристик необходимо учитывать зависимость измеряемых значений емкости от формы перехода. Коэффициент увеличения площади перехода, определяемый отношением площади реального перехода *) к площади элемента, в некоторых случаях, например у тонкопленочных солнечных элементов на основе Cu2S — CdS, изготовляемых «мокрым» методом [15], может быть равен 5.. .6. Коэффициент увеличения площади перехода уменьшается при повышении обратного напряжения смещения вследствие сглаживания области объемного заряда. К аналогичному эффекту приводит и продолжительная термообработка [15, 20], в процессе которой увеличивается толщина компенсированного слоя CdS. При больших значениях коэффициента увеличения площади перехода угол наклона зависимости С~2 от V увеличивается, и после термообработки элементов данная зависимость смещается в сторону высоких значений величины С~2 в большей степени, чем в случае планарного перехода. Следовательно, значение концентрации легирующей примеси, найденное по результатам емкостных измерений, оказывается заниженным, а коэффициент диффузии меди — завышенным по сравнению с их действительными значениями. Измерения коэффициента диффузии Си в CdS по экспериментальным вольт-фа-радным характеристикам солнечных элементов со структурой Cu2S — CdS, прошедших термообработку, были проведены Пфи-стерером [15], а также Холлом и Сингом [20]. Отклонение профиля распределения пространственного заряда от прямоугольного также приводит к изменению зависимости С~2 от V [15], Пфистерер [15] подчеркивает, что определение концентрации легирующей примеси, исходя из зависимости С-2 от V, оказывается невозможным в двух случаях: при сложной форме перехода и непрямоугольном профиле распределения пространственного заряда.
