Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
ПрРр = njexp(qV/(kT))
следовательно, граничное условие при х = хр теперь имеет вид пр (хр) ~ni exp(qV/(2kT)).
(2.34)
Рассуждая таким же образом, как и в 2.2.2, можно показать, что в условиях высокого уровня инжекции коэффициент А =2 (рис. 2.13). Следует отметить, что в данном случае активные рекомбинационные центры расположены приблизительно посередине между уровнями Ерп и Ер„ (как и 56
при протекании в диоде рекомбинационно-генерационного тока). В условиях высокого уровня инжекции при наличии рекомбинационных центров, образующих энергетические уровни вблизи середины запрещенной зоны, эффективное время жизни носителей заряда равно большему из двух значений — тп0 и тр0 (см. 2.5.2). Описание процесса протекания тока усложняется еще тем, что перенос носителей заряда в квазинейтральной области, допустим, р-типа проводимости определяется также и диффузией дырок по направлению к обедненному спою. Вследствие этого эффективная диффузионная длина носителей Ln или Lp зависит от координаты. Плотность тока в квазинейтральной области p-типа в условиях, приближающихся к высокому уровню инжекции, примерно равна qDnNA/Ln, что составляет 5 А/см2 для высококачественного кремния при Na = 1016 см-3. Такие плотности тока могут быть достигнуты в солнечных элементах, работающих при концентрированном световом потоке. В условиях сильной освещенности становится существенным влияние сопротивления объема квазинейтральных областей и даже обедненного слоя на ток, значение которого под действием зтих эффектов уменьшается при большом напряжении смещения. Условия высокого уровня инжекции в гомогенных переходах рассмотрены рядом авторов [Nuss-baum, 1962; Van Vliet, 1966; Giickel e. a., 1977; Lindholm, Fossum, 1977].
Во многих случаях, особенно у тонких элементов, толщина обедненного слоя которых больше ширины диффузионного профиля легирующей примеси, переход не является резким, как это предполагалось ранее, и распределение концентрации примесных атомов описывается дополнительной функцией ошибок (см. 2.2.1). Когда перенос носителей заряда определяется в основном процессами, происходящими в квазинейтральных областях, ни одна из частей вольт-амперной характеристики не претерпевает существенных изменений, если только в структуру элемента не входят сверхтонкие диффузионные слои. При рекомбинационно-генерационном механизме протекания тока получаются несколько иные результаты, причем вольт-амперная характеристика изменяется наиболее значительно в области обратных напряжений смещения. Наблюдается тенденция к переходу от зависимости J^g сл V1!2 (свойственной переходам с резкими ступенчатыми распределениями примесей) к Jfg os V1^3 (характерной для приборов с линейным профилем распределения легирующей примеси).
2.2.6. Трехмерные объемные эффекты в гомогенных переходах
Большинство моделей электронно-дырочного перехода основано на рассмотрении геометрически плоской структуры, которая одномерна также и в пространстве энергий, в соответствии с общепринятой схемой построения зонной диаграммы. Однако в ряде случаев необходим анализ трехмерной модели перехода. Что касается его микроструктуры, то профиль распределения легирующей примеси статистически неоднороден
и, кроме того, возможно ее скопление вокруг точечных дефектов. Включения нежелательных примесей или дефекты, введенные в материал в про-
57
цессе его обработки, могут создавать области, где время жизни носителей заряда на несколько порядков меньше, чем в расположенных рядом ненарушенных областях. В отдельных случаях эти дефекты могут существенным образом влиять на вольт-амперные характеристики приборов. Это было убедительно показано [Schwuttke, 1974] после получения данных о распределении времени жизни носителей заряда по поверхности пластин монокристаллического кремния (для измерений использовало» множество мельчайших конденсаторов со структурой металл-оксид-полупроводник) . Изучение структуры этих же пластин методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии показало, что области с малым временем жизни носителей заряда, как правило, представляют собой участки, содержащие микротрещины глубиной до 100 мкм, которые образовались в процессе резки слитков на пластины. Кроме того, границы зерен, проникающие в область перехода, и дефекты на границе раздела могут содержать электрический заряд, вследствие чего образуются области сильного поля и возникают большие туннельные токи.
Другой пример существования пространственных неоднородностей (играющих чрезвычайно важную роль в солнечных элементах) связан с вариациями скорости поверхностной рекомбинации носителей из-за наличия контактной сетки. На. участках поверхности, заключенных между контактными полосами, скорость рекомбинации S можно существенно снизить с помощью оксидного пассивирующего покрытия. Однако под контактной сеткой значения S остаются большими (вплоть до 106 — 107 см/с). Если диффузионный слой обладает такими свойствами, при которых /0 определяется преимущественно скоростью поверхностной рекомбинации S (как следует из рис. 2.6, в этом случае 0,1 <SL/D< 100 и y/L <0,1), то вольт-амперные характеристики элементов могут значительно ухудшиться даже при малой площади контактной сетки, составляющей лишь 5-10% площади поверхности элементов.