Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
В первом приближении для нейтрализации зарядов во всем объеме обедненного слоя потребовалось бы время t. Условие GtWj =» NA позволяет установить приближенное соотношение между измеряемым значением постоянной времени t релаксационного процесса и временем жизни носителей
* ^Na/G tNa/щ.
Поскольку, как правило, NA /и,- = 10s -г 10®, таким способом могут быть измерены чрезвычайно малые значения времени жизни носителей. Более точное соотношение для определения т с учётом влияния емкости 38
диэлектрика получено Хейманом [Heiman, 1967]. Автором установлено, что при использовании сильно легированных полупроводников или толстых слоев диэлектрика кривую релаксации можно описать экспонентой (во всех других случаях кривая имеет более сложную форму).
При большом времени жизни необходимо принимать во внимание потери носителей в инверсионном слое вследствие их захвата и поверхностной рекомбинации на границе раздела диэлектрик—полупроводник. Влияние рекомбинации на границе раздела можно исключить при проведении измерений по методу, предложенному в [Zerbst, 1966], и впоследствии усовершенствованному [Schroder, Nathanson, 1970; Schroder, Guldberg, 1971].
Модифицированный метод релаксации емкости [Baliga, Adler, 1978] позволяет измерять распределение времени жизни носителей по толщине диффузионного слоя. Еще один вариант данного метода, связанный с наблюдением процесса релаксации концентрации носителей [Viswanethan, Takino, 1978], можно использовать для раздельного определения их времени жизни и скорости поверхностной рекомбинации.
Г. л а в а 2
ЭЛЕКТРОННО -ДЫРОЧНЫЕ ПЕРЕХОДЫ
2.1. ВВЕДЕНИЕ
В предыдущей главе были получены соотношения для расчета фототока в различных [Моделях солнечных элементов. При вычислении КПД преобразования солнечной энергии вЪзникает еще один важный вопрос — определение вольг-амперной характеристики выпрямляющего перехода, с помощью которой находится рабочее напряжение элемента.
В данной главе рассмотрены основные типы систем с гомогенным переходом (образующимся между областями и- и р-типов проводимости одного и того же полупроводникового материала), гетерогенным переходом и гетероструктурой (у которых переход расположен на границе раздела двух различных полупроводниковых материалов) и приборы на основе переходов других типов, а именно: со структурой металл-полупроводник (барьер Шоттки), а также металл-диэлектрик—полупроводник (МДП) и полупроводник—диэлектрик—полупроводник (ПДП), в состав которых входит промежуточный слой диэлектрика. Эта глава не является исчерпывающим курсом по теории приборов с электронно-дырочным переходом. В ней изложено, скорее, введение в такой курс и представлен обзор по основным вопросам, связанным с принципом действия солнечных элементов.
Здесь представлен общий обзор механизмов протекания тока в приборах с электронно-дырочным переходом. Подробно рассмотрен процесс переноса зарядов только электронами, поскольку для дырок может быть выполнен аналогичный анализ. Если к переходу приложено прямое напряжение смещения (рис. 2.1), то электроны из и-области (по отношению к которой они являются основными носителями) инжектируются через
39
Рис, 2.1. Энергетическая зонная диаграмма гомогенного перехода Шокли при прямом напряжении смещения V и отсутствии освещения
обедненный слой в квазинейтраль-ную область1 проводимости р-типа. Здесь электроны (уже как неосновные носители) рекомбинируют с дырками. В то же время из внешней цепи через омический контакт в область поступает поток дырок, в результате чего электрическая цепь оказывается замкнутой. Ток, проходящий через элемент, в общем виде может быть представлен как t
J = qXu{x,V)dx, (2.1)
хр
где q — заряд электрона, взятый с положительным знаком; U(x, V) — скорость рекомбинации носителей, а пределы интегрирования х'р и х'п представляют собой координаты внешних поверхностей прибора. Для нахождения U(х, V) необходимо знать зависимость концентрации носителей от х и напряжения смещения V.
В диоде Шокли с гомогенным переходом протекание тока обусловлено поступлением неосновных носителей заряда в квазинейтральную область за счет диффузии, и их последующей рекомбинацией и влиянием обедненного слоя на процесс переноса носителей можно пренебречь. Полагают, что обедненный слой совершенно ’’прозрачен” для инжектируемых электронов, причем при х = хр их =хп электроны находятся в состоянии теплового равновесия с носителями заряда в каждой из энергетических зон. Вывод соотношения для электронного тока на границе обедненного слоя (х = Хр) требует решения уравнения переноса (1.16) для квазиней-тральной области p-типа при соответствующих граничных условиях. Поскольку этот ток должен быть равен полному току электронов, инжектируемых в квазинейтральную область p-типа, то интеграл в уравнении (2.1), таким образом, уже найден. Аналогичные приемы применяются и при рассмотрении инжекции дырок в квазинейтральную область «-типа. Бели значения толщины квазинейтральных областей не во много раз больше диффузионной длины неосновных носителей заряда, то при нахождении полного рекомбинационного тока необходимо учитывать рекомбинацию на внешних поверхностях прибора (х'р и х’п), например