Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
Пространственное распределение состояний по энергиям и на свободных поверхностях подробно изучено. Были исследованы аналогичные
69
свойства на границах зерен и дислокациях, а также (хотя и менее глубоко) на поверхностях раздела изотипных переходов. Однако определить параметры энергетических состояний в анизотипных переходах намного сложнее, и к тому же получаемые результаты существенно зависят от выбора модели гетероперехода. В обедненном слое, прилегающем к границе раздела, их распределение по энергиям исследуют методом емкостной спектроскопии глубоких уровней в сочетании с термо- и фотовозбуждением. Имеется обзор работ [Miller е. а., 1977] по методам измерений параметров энергетических состояний. Кроме того, проведено сопоставление [Sah, 1977] термо- и фотостимулированных емкостных методов измерений. К сожалению, чувствительность этих методов снижается при зондировании областей, находящихся вблизи границы раздела, поэтому распределение состояний можно измерить лишь при наличии диэлектрического слоя.
Анализ вольт-фарадных характеристик позволяет получить существенно более полную информацию об энергетических уровнях, плотности и сечениях захвата состояний на границе раздела, определяемых обычно из результатов оптических и температурных измерений. Экстраполяция кривой, характеризующей зависимость С-2 от V к С~2 -*¦ 0, позволяет определить диффузионный потенциал, который изменяется под влиянием сосредоточенного на границе раздела заряда плотностью Oss и напряжения на переходе Ф^, обусловленного диполями. Рассмотрим гетеропереход, в состав которого входят полупроводники p-типа с концентрацией акцепторов NAl и и-типа с концентрацией доноров NDl. При введении промежуточного слоя толщиной с концентрацией доноров NDi новое, изменившееся значение диффузионного потенциала
= к + ф (2Л5) d d 2es(NAl+ND2) d> к
где es! = 6s2 = esi = es, a Vd - диффузионный потенциал при отсутствии промежуточного слоя. При нулевой толщине этого слоя плотность поверхностного заряда равна qWjNDj при условии, что Wj -»¦ 0. В этом случае уравнение (2.45) принимает вид
Vj = Vd- [Qjsl(2qes(NA, + Afo2))] + Фа. (2.46)
Таким образом, при наличии тонкого промежуточного слоя можно представить, что все состояния вблизи поверхности раздела находятся непосредственно на этой поверхности, и при отсутствии дополнительной информации трудно (или даже невозможно) различить поверхностные заряженные состояния и диполи. Измеряя частотные характеристики гетероперехода или зависимость степени заполнения состояний на границе раздела от напряжения смещения, можно отделить зависящую от времени составляющую Vd, обусловливающую ее изменения, связанные с населенностью состояний, от независящей, определяемой разрывом зоны проводимости АЕС. Эти вопросы обсуждались [Donnelly, Milnes, 1967]. Для нахождения плотности состояний на границе раздела в диоде Шоттки на основе Au — n-GaAs [Borrego е. а., 1977] рассматривались совместно данные по вольт-амперным и вольт-фарадным характеристикам.
70
При изучении процесса рекомбинации на поверхностных состояниях также существуют трудности в измерении их пространственного распределения. Для того чтобы выявить роль туннелирования носителей в рекомбинационном процессе, эти измерения следует осуществлять с разрешением 2—5 нм. Кроме того, было бы желательно изучить раздельно рекомбинацию носителей в области, близкой к границе раздела (в пределах около 10 нм), обусловленную дислокациями (образующимися из-за несоответствия параметров решеток), взаимной диффузией компонентов и другими объемными эффектами, и в тонкой области (содержащей 2—5 атомных слоев) непосредственно у границы раздела, вызванную наличием электрически активных ненасыщенных связей и оксидного слоя, образованием сложного химического соединения и т. п. В большинстве случаев совместный эффект двух видов рекомбинационных процессов характеризуют эффективной скоростью поверхностной рекомбинации Sj.
Ниже перечислен ряд экспериментальных методов определения скорости рекомбинации на границе раздела.
1. Определение потерь фототока. Для нахождения эффективного значения Sj используют соотношение, которое устанавливает взаимосвязь между Jsc и напряженностью поля в переходе. Получаемые результаты могут в некоторой степени зависеть от выбора модели.
2. Рекомбинация в двойных гетероструктурах. Приближенные значения Sj можно получить, изучая ^инетику рекомбинации в тонком центральном слое структуры р-АВ - p-CD - n-CD или р-АВ — n-CD - р-АВ. Во второй структуре плотность рекомбинационного тока в центральном слое и-типа проводимости приблизительно равна q(2Sj + UW), где W — толщина промежуточного слоя; U — скорость рекомбинации в его объеме. Время жизни носителей заряда в слое полупроводника может быть измерено различными методами, в том числе по продолжительности затухания электролюминесценции [Ettenberg, Olsen, 1977; Ettenberg, Kressel, 1976] и фотолюминесценции [Nelson, 1978], по релаксации тока, возбуждаемого импульсным лазерным излучением (в первой структуре, где Eg,А В > Eg CD) [Acket е.а., 1975], и по продолжительности восстановления тока после подачи импульса обратного напряжения смещения [Dean, Nuese, 1971].
