Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
До сих пор мы рассматривали приборы с р — л-переходом, в которых рекомбинационные центры, образующие единственный- энергетический уровень, были распределены равномерно по всему объему. Если мы обратимся теперь к асимметричному гомогенному переходу, для которого характерна высокая скорость рекомбинации носителей на границе раздела р- и и-областей (такая структура может образоваться при эпитаксиальном осаждении п-слоя на ’’грязную” подложку проводимости р-типа), то увидим, что йа границе раздела положение уровней ЕРп и EFp по отношению к Е{ существенно изменяется в зависимости от степени легирования и типа проводимости областей, образующих переход (рис. 2.11). Взаимное расположение уровней ЕРп, EFp, Ет и ?/ определяется скоростью рекомбинации U(х) носителей заряда и, следовательно, значением общего тока, протекающего через р — п -переход. Таким образом, сущест-54
вует еще один вид влияния асимметричности перехода на диодный коэффициент А. Данную модель можно использовать (во всяком случае это осуществимо принципиально) для описания гетеропереходов.
2.2.5. Вольт-амперные характеристики элементов с гомогенным переходом при различных механизмах переноса носителей заряда
В солнечных элементах процесс переноса носителей заряда в большей или меньшей степени зависит также от ряда других факторов, таких, например, как последовательное и шунтирующее сопротивления, изменение механизма переноса при высоких прямых напряжениях смещения, распределение концентрации легирующей примеси (введенной диффузионным способом) и краевых эффектов.
Последовательное сопротивление определяется объемным удельным сопротивлением слоев, входящих в структуру элемента, и контактным сопротивлением. При Wd < Ld сопротивлением обедненного слоя с достаточной степенью точности можно пренебречь. В большинстве случаев эквивалентную электрическую схему элемента представляют в виде цепи с сосредоточенными сопротивлениями (рис. 2.12), а его вольт-ам-перную характеристику записывают в виде
/ = /о {exp [q(V- IRs)l(kT)] — l} +(V-IRS)/Rp, (2.33)
где Rs - последовательное и Rp - шунтирующее сопротивления. Отсюда видно, что влияние Rs на вольт-амперную характеристику наиболее значительно при сильных токах (и высоких напряжениях смещения), тогда как влияние Rp - при низких напряжениях, когда ток, протекающий через переход, мал по сравнению с шунтирующим током.
Полный ток, проходящий через элемент, представляет собой сумму диффузионной, рекомбинационно-генерационной и шунтирующей составляющих, которые обычно рассматривают независимо друг от друга. Диффузионный ток, прямо пропорциональный п], преобладает в полупроводниках с малой шириной запрещенной зоны (Eg 1,1 эВ) и при больших обратных напряжениях смещения, в то время как рекомбинационно-генерационная составляющая играет наиболее важную роль в широкозонных полупроводниках и при малых напряжениях1. На рис. 2.13 представлены темновые вольт-амперные характеристики идеализированного гомогенного перехода в Si при различных механизмах протекания тока.
Как правило, довольно трудно экспериментальным путем разделить шунтирующий и рекомбинационно-генерационный токи, поскольку ко-
1 Отношение плотностей рекомбинационно-генерационного (2.27) и диффузионного токов (2.12)
V7W= [WdkTNAl(.2(.Vd- V)TnoqniLn)]exp(^qVf(2kr)).
Отсюда следует, что при больших Eg (которым отвечают малые л,-) и (или) низких V значение Jrg превосходит J(d.
55
xtv
Рис. 2.12. Эквивалентная зпекгричо ская схема диода с последовательным Rs и шунтирующим Rp сопротивлениями
J.A/с М2 Высокий уровень /
инжекции /
10г - А — 2 /
1 - А=1
10~г -
10'*
5
10~е >7/ <'Х f'1
10'* Ж/ Г-3 (
S 1 ^ /
- /
-/ 9
»-* *¦ , I 1 I I
О 0,2 0,4 О,В 0,8 1,0 V,B
Рис. 2.13. Зависимости плотности тока/от напряжения смещения V для диода с обычным гомогенным переходом: 1 и 2 — диффузионная составляющая соответственно при прямом и обратном напряжениях смещения;
3 к 4 - рекомбинационно-генерационная составляющая при прямом и обратном напряжениях; левая часть кривой 5 характеризует изменение кривой 3 при учете шунтирующего сопротивления Rp -= 105 Ом-см2, правая часть кривой 5 - при учете последовательного сопротивления Rs = 0,1 Ом-см ; около кривой 3 указаны значения диодного коэффициента А; для обратных ветвей вольт-амперных характеристик (кривые 2 л 4) значения напряжения, указанные на оси абсцисс, следует увеличить в 10 раз
эффициент А может изменяться в зависимости от приложенного напряжения. Имеются данные, которые свидетельствуют о том, что происхождение шунтирующих токов связано с такими механизмами, как поверхностная проводимость вследствие рекомбинационно-генерационного процесса или туннелирования носителей заряда по периметру или в области перехода при участии содержащихся здесь дефектов.
При высоких прямых напряжениях смещения обычно преобладает диффузионный ток. Если в квазинейтральной области концентрация инжектированных носителей заряда превышает концентрацию основных носителей, то реализуются условия так называемого высокого уровня инжекции. При сохранении электронейтральности образца рр =NA + пр « Пр положение квазиуровней Ферми при х=хр определяется с помощью обычных соотношений. Произведение концентраций носителей заряда
