Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
2) скорость носителей, насыщаясь, приближается к их максимально возможной тепловой скорости в сильном попе;
3) вольт-амперная характеристика несколько изменяется, и для ее описания необходимо ввести электронную температуру Те, которая является функцией электронного тока [Seeger, 1973; Proc, Int. Conf, 1978].
Проведенный анализ показывает, что в темновых условиях при прямом напряжении смещения носители заряда в обедненном слое могут находиться в неравновесном состоянии, при наличии же освещения равновесие заведомо не устанавлйвается. Принцип суперпозиции, использованный в предыдущих расчетах, строго говоря, несправедлив, хотя его применение позволяет получать удовлетворительные результаты [Lind-holm е. а., 1976].
Несмотря на отмеченное усложнение модели, условие пр = пр0 х *exp(qVl(kT)) при х =х„> справедливое при допущениях, принятых при выводе диодной теории Шокли, во многих случаях сохраняет силу, что подтверждается экспериментальными результатами.
=J?g - 5Л - 5р, где Eg — ширина запрещенной зоны материала поглощающего слоя; оп и Ьр - разности энергий между уровнями Ферми н краями зоны проводимости и валентной зоны в квазинейтральных областях соответственно п- и р-типов проводимости.
27
1.6. ИЗМЕРЕНИЕ ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ
И ДИФФУЗИОННОЙ ДЛИНЫ НЕОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА
Коэффициент поглощения света а(Х), характеризующий собственные свойства материала, может изменяться лишь в относительно узких пределах, поэтому время жизни г неосновных носителей заряда оказывается одним из основных параметров, с помощью которого (изменяя условия обработки материала) можно влиять на КПД солнечных элементов. Наиболее важным следствием увеличения г является уменьшение плотности темнового тока J0 (в результате ослабления рекомбинации носителей, инжектируемых при прямом напряжении смещения), что в конечном итоге приводит к возрастанию напряжения холостого хода Voc. Рассмотрим в качестве примера кремниевый солнечный элемент с идеальным р- n-переходом, диодный ток которого обусловлен диффузионным и рекомбинационным процессами в базовой области. При освещении в условиях АМ1 увеличение т в 10 раз сопровождается возрастанием Voc примерно на 0,03 В (или на 5%). Соответствующее относительное повышение плотности тока короткого замыкания приблизительно на порядок меньше. Эти изменения представляются незначительными, однако в процессе обработки кремния т, как правило, меняется в пределах от 10-5 до 10г3 с [Fischer, Pschunder, 1975].
В этом параграфе будут рассмотрены методы измерения эффективного времени жизни неосновных носителей заряда или их диффузионной длины L = (Вт) 1!г. Известно, что т зависит от экстремальных значений времени жизни электронов тп0 и дырок тр0*> а также от положения квазиуровней Ферми (т. е. концентрации легирующих примесей и интенсивности излучения, возбуждающего носители заряда) ¦ На постоянную времени образца или прибора влияют захват носителей и поверхностная рекомбинация, причем во многих случаях (в частности, в приборах с р- п -переходом) их влияние приводит к сложной зависимости времени жизни неосновных носителей заряда от постоянной времени.
Методы измерения времени жизни можно разделить на две группы. К первой относятся методы исследования образцов (часто имеющих достаточно большие размеры) с помощью измерений затухания фотопроводимости, поверхностной фото-ЭДС или затухания концентрации носителей в электрическом поле (метод Хайнса—Шокли). Вторая группа объединяет методы определения параметров готовых приборов. Если речь идет о приборах с р—л-переходом или барьером Шоттки, то осуществляют измерения тока, возбуждаемого электронным или световым пучком, а также измерения Voc и емкости в нестационарных условиях. Поскольку в процессе изготовления приборов, даже при низкотемпературной обработке, возможно значительное изменение т, предпочтение следует отдать второй группе методов измерения (если нет условий, ограничивающих их применение). Некоторые методы измерений указаны
* тп о и Гро - минималыше значения времени жизни электронов и дырок, соответствующие сильно легированным полупроводникам р- и n-типов проводимости, в которых практически все рекомбинационные центры заполнены носителями противоположного знака. - Прим. пер.
28
Таблица 1.2. Методы измерения времени жизни и диффузионной длины носителей заряда
Метод Режим Независимые Характер распре- Изме- Диапазон
переменные деления возбужденных носителей ряемая вели- чина значений
Метод Хайнса - Неста- Напряжен- Инжекция в точ- Т,1Л > 10“7 с
Шокли ционар- ный ность электрического поля, положение коллек- ке
тора >10“8 с
Затухание фото- То же Время Однородное рас- т
проводимости пределение 10“8 -10“5 с
Фото электромаг- Стацио- Напряжен- То же т
нитный эффект нарный ность магнитного поля
Затухание Voc Неста- ционар- ный Время Инжекция под действием прямого напряжения смещения или ехр [-о(Л)дс] т > < 1 °. \ о. о
Релаксация ем- То же ” Инжекция под т 10 ’-10 ° с
кости МДП-струк- действием пря-
туры мого напряжения смещения
Поверхностная Стацио- Длина волны ехр[-й(Х)х] L >0,1 мкм
