Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
на измеряемые значения Isc, однако Isc может существенно зависеть от скорости поверхностной рекомбинации, что в обобщенном виде иллюстрирует рис. 1.11,а. Типичная зависимость Isc от х для элемента с « р - я-переходом изображена на рис. 1.11,6.
Теоретический анализ процесса возбуждения тока при наличии точечной или линейной области генерации носителей вблизи поверхности полупроводника с учетом влияния поверхностной рекомбинации выполнен Ван Рузброком [Van Roosbroeck, 1955]. Впоследствии была разработана более общая теория [Berz, Kuiken, 1976], применимая и для случая генерации носителей заряда электронным пучком (например, пучком, формируемым в растровом электронном микроскопе). Содержательный обзор (который может быть использован и как учебное пособие) по растровой электронной микроскопии представлен в [Leamy е. а., 1979].
Образующаяся при воздействии пучка электронов область генерации имеет форму капли, при этом функцию распределения концентрации избыточных носителей можно представить в виде [Hackett, 1972]
An(r,z) =/(r)exp[-a(z-z0)2],
где а 5,4/zo; r — радиальная координата точки по отношению к оси пучка; z — расстояние, измеряемое от поверхности полупроводника. Параметр z0, имеющий размерность длины и зависящий от ускоряющего напряжения V [Everhart, Hoff, 1971],
zo ~(Д/Рт)У1г7, (1.35)
где В — постоянная, значение которой определяется атомным номером полупроводника; рт — плотность вещества. Авторы работы [Shea е. а.,
1978], используя полу эмпирический подход, определили вид радиальной функции /(г). Они установили, что при г *0,25 z0 значение функции/(г) уменьшается приблизительно в 10 раз по сравнению с ее значением, соответствующим г = 0, и что при L > 0,25 z0 результаты измерений не должны
34
зависеть от объема области генерации. Для CdS авторы выбрали соотношение z0 = 0,021 V1,62 (где z0 измеряется в микрометрах, а V — в киловольтах) , согласно которому при V = 15 кВ эффективный радиус области генерации z0 0,42 мкм.
При наличии поверхностной рекомбинации эффективное значение диффузионной длины носителей Leff уменьшается. Для точечного источника носителей заряда [Jastrzebski е. а., 1975]
L2eff = Ll{l - [sl(s + 1)]} ехр(—zo/Io), (1.36)
где s = SL0/D — приведенная скорость поверхностной рекомбинации. Измеренная зависимость z0 использовалась этими авторами для определения S и объемной диффузионной длины носителей заряда Ь0.
К достоинствам метода наведения тока электронным пучком относятся:'
1) возможность осуществления измерений в растровом электронном микроскопе в режиме линейного сканирования поверхности образца при одновременном формировании его изображения с помощью вторичных электронов;
2) возможность определения положения плоскости перехода по отношению к металлургической границе раздела;
3) удобство измерения распределения L на поверхности элемента, а также изучения влияния на L напряженности поля в области перехода и таких заметных дефектов, как границы зерен;
4) возможность измерения очень малых значений! (0,1-0,2 мкм).
В одной из модификаций [Hackett, 1972] рассмотренного метода несколько более широкий пучок электронов (диаметром около 10 мкм) направляют на поверхность косого шлифа, которая отклонена от плоскости перехода на небольшой угол Ф. Поскольку значение z0 мало по сравнению с L, расстояние, на которое диффундируют избыточные носители, прежде чем они достигнут перехода, равно х sin Ф. Ток короткого замыкания может быть представлен в виде
1къ{А1[ 1 + (SL/D)]} ехр [ - (х sin Ф)/1], (1.37)
что позволяет определять L при отсутствии каких-либо данных о значениях S.
Обсуждалась [Kamm, Bernt, 1978] возможность определения методом наведения тока электронным пучком каждого из таких параметров, как коэффициент диффузии, объемное время жизни и скорость поверхностной рекомбинации носителей, в образце, содержащем барьер Шоттки. Выполнен подробный теоретический анализ [Van Roos, 1978, 1979] данного метода с точки зрения его использования для исследования солнечных элементов и других приборов.
1.6.6. Затухание напряжения холостого хода
Метод затухания напряжения холостого хода связан с инжекцией избыточных неосновных носителей заряда в базовую область1 прибора с р-ъ-переходом при приложении прямого напряжения смещения или при фотогенерации и наблюдением пропесса затухания Voc после резкого прекращения действия источника носителей. Метод позволяет определять достаточно малые значения времени жизни носителей (т> 1СГ7 с), и его преимущество состоит в том, что измерения проводятся в условиях, близких к реальным условиям эксплуатации элементов. Данный метод предложен в [Gossick, 1953, 1955]. С его помощью при инжекции носителей заряда под действием импульса прямого напряжения смещения было измерено [Davies, 1963] их время жизни в слабо легированном г-слое p*-i-п+-структуры в условиях низкого и высокого уровней инжекции. Аналогичный способ создания избыточных носителей использовался и другими авторами [Wilson, 1967; Bassett, 1969]. Сравнение [Mahan е. а.,
1979] результатов измерений т методом затухания Voc при инжекции носителей в режиме прямого напряжения смещения и при их возбуждении светом со значениями г, найденными методом наведения тока электронным пучком (см. 1.6.5), показало, что для кремниевых солнечных элементов наиболее достоверные результаты могут быть получены при генерации носителей светом.
