Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
1.6.3. Поверхностная фото-ЭДС
При использовании этого метода поверхность массивного образца полупроводникового материала облучают сильно поглощающимся светом и установившийся поверхностный потенциал регистрируют с помощью прозрачного емкостного зонда при импульсном или модулированном освещении. Если Ln > Wj (Wj — ширина обедненного слоя), то концентрация избыточных носителей заряда у поверхности будет
Дир**Г(1-*)/{[(/>„/!„)+ S] [1 + 1/(в(Х)1я)]> , (1.32)
где R — коэффициент отражения света поверхностью, а Г — плотность потока фотонов. Поверхностный потенциал Vs связан с Дпр зависимостью Vs cva (kT/q) ln (Апр/пр0). Полагая, что D„, L„ и S не меняются, значение Ln можно найти по графику зависимости плотности потока фотонов Г, необходимой для поддержания постоянного поверхностного потенциала, т.е. постоянного значения Дир, от 1/а (Л) при различных длинах волн. При этом нет необходимости определять зависимость Vs от Дпр, тогда как значения а (Л) должны быть известны. Данный метод рассмотрен [Goodman, 1961; Johnson, 1957а, b; Choo, Sanderson, 1970].
В готовых приборах с р- л-переходом или барьером Шоттки (при условии, что параметры не зависят от облученности) для определения Ln у можно измерять не VSi а напряжение холостого хода [Waldner, 1959; Subhashiev е. а., 1961; Loferski, Wysocki, 1961]. Модифицированный метод поверхностной фото-ЭДС [Wang, 1974] позволяет исследовать приборы с мелкозалегающим р - «-переходом.
Аналогичный способ обработки экспериментальных данных применяется и при измерениях зависимости плотности фототока JL готовых солнечных элементов (в стационарном режиме) от длины волны света. При выполнении условия Ln > Wj JL в тыльно-барьерном элементе с гетеропереходом согласно уравнению (1.19) равна
/*=*ГА[1-Д(Х)] [1 + 1/(а (*)?„)]. (1.33)
Здесь А — постоянная, характеризующая эффективность собирания фотогенерированных носителей; R (X) — коэффициент отражения света. Зависимость /?1 от а"1 (X) при постоянных значениях Г представляет собой прямую линию, по углу наклона которой можно определить Ln [Stokes, Chu, 1977].
Указанные методы применимы в тех случаях, когда значения L примерно равны глубине поглощения света а 1, поэтому в материалах с прямыми оптическими переходами могут быть измерены чрезвычайно малые значения времени жизни носителей. Особое преимущество этих методов состоит в том, что на результаты измерений не оказывают влияния поверхностная рекомбинация, захват ловушками основных носителей заряда и процесс захвата неосновных носителей умеренной интенсивности [Choo, Mazur, 1970].
Близкий по используемому физическому принципу метод определения диффузионной длины и скорости поверхностной рекомбинации носителей основан на измерении зависимости эффективной толщины поглощающего слоя от обратного напряжения смещения [Kim е. а., 1980].
32
1.6.4. Фотоэлектромагнитный эффект
Для измерений очень малых значений г (около 1(Г8 с) [Subhashiev, 1963] можно использовать эффект, аналогичный эффекту Холла, но возникающий при наличии диффузионного тока фотогенерированных носителей1. Захват носителей заряда ловушками почти не сказывается на результатах измерений, однако в тонких образцах может оказаться существенным влияние поверхностной рекомбинации. Бели при одинаковой интенсивности света измерить фотоэлектромагнитный ток /рем и стационарную фотопроводимость Да (в отсутствие магнитного поля), то при
ТП —Тр —Т
т = B2D(Ao) 2 Дрвм >
где D = kTn/q, а В - магнитная индукция. Найденное значение г не зависит от скорости рекомбинации носителей и интенсивности света при условии, что L существенно меньше толщины образца [Smith, 1968].
1.6.5. Ток, возбуждаемый электронным и световым пучками
В этом методе избыточные носители заряда возбуждаются световым или электронным пучком в очень малом объеме на расстоянии х от р—л-перехода или барьера Шоттки, где затем происходит их разделение (рис. 1.10). Измеряемый ток короткого замыкания Isc сложным образом зависит от формы образца и свойств материала [Berz, Kuiken, 1976],
Рис. 1.10. Электрическая схема для измерения тока, наведенного электронным или световым пучком (в), и схема взаимного расположения образца и пучка, возбуждающего носители заряда (б):
1 - солнечный элемент; 2 - усилитель тока; 3 - сигнал; 4 - электронный или световой пучок; 5 — область генерации;
6 - плоскость р— л-перехода
однако при достаточно больших значениях x/L выражение для Isc упрощается и приводится к «иду
Isc ехр(-х/1), (1-34)
где А - некоторая постоянная. При установлении стационарного режима фотогенерации эффект захвата носителей заряда практически не влияет
1 Фотоэлектромагнитный эффект, открытый И. К. Кикоиным и М. М. Носковым, связан с появлением электрического поля .в освещенном полупроводнике, находящемся в магнитном поле. - Прим. пер.
33
я)
2,0 1,0 0 1,0 2,0х,мкм
ю
Рис. 1.11, Качественная зависимость наведенного тока от расстояния до перехода (в) н экспериментальная зависимость тока, наведенного электронным пучком в солнечном элементе иа основе CdTe-CdS, от расстояния до перехода (б)
