Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
3. Анализ зависимости С~2 от V. Изучая вольт-фарадные характеристики [уравнение (2.46)] при изменениях температуры или облученности и длины волны света, можно определить энергию, плотность, термическое и оптическое сечения захвата состояний, а затем использовать их для описания процесса рекомбинации (однако для этого также необходима очень подробная информация о структуре перехода и объемных свойствах материалов). Измерения указанных параметров были выполнены для МОП-структур на основе Si и- и p-типов [Schulz, Johnson, 1977] и InP [Stannard, 1979] с помощью данного метода, а также емкостной спектроскопии глубоких уровней. Аналогичных измерений для анизо-типных гетеропереходов, по-видимому, не проводилось.
4. Метод поверхностной фото-ЭДС. Данные о рекомбинационных потерях носителей заряда у интересующей нас поверхности полупровод-
71
ника (в узкозонном материале, входящем в состав гетероперехода) можно получить, исследуя затухание фото-ЭДС на свободной поверхности (1.6.3) или напряжения холостого хода в гетеропереходе (1.6.6). Рекомбинационный ток в общем случае может быть представлен в виде суммы fUdx + Sj, для нахождения же Sj требуется тщательный анализ, особенно при необходимости сравнения значений ?,• в идентичных приборах.
Измеренные или рассчитанные по результатам измерений значения N{ = Oss/q заключены в диапазоне примерно от 1012 см-2 (когда они оказывают несущественное влияние на протекание тока) до более чем 1015 см-2 при условии, что вся эквивалентная атомная плоскость кристаллической решетки электрически активна, а протекание тока через переход обусловлено рекомбинацией на границе раздела.
2.4.3. Диполи на границе раздела
Понятие поверхностного диполя было введено [Van Ruyven е. а., 1965] для объяснения расхождения между наблюдаемой величиной разрыва зоны проводимости в изотипных гетеропереходах и ею же, рассчитанной исходя из энергии сродства к электрону. Появление поверхностных диполей является следствием фиксированного положения уровня Ферми на поверхностях обоих полупроводников из-за высокой плотности поверхностного заряда, образующего слой, близкий по своим свойствам к металлическому. Соединение таких слоев, существующих на поверхности каждого из полупроводников, при создании гетероперехода сопровождается формированием диполя атомных размеров подобно тому, как это происходит при соединении двух массивных металлических образцов с различной работой выхода.
Модели гетероперехода [Anderson, 1960; Van Ruyven, 1972] соответствуют двум предельным случаям. В первом из них полагают, что на границе раздела образуются диполи, а обедненные слои почти не меняются при соединении полупроводников независимо от уровня их легирования. Согласно модели Андерсона обедненные слои формируются при образовании контакта двух полупроводников. Большинство гетеропереходов, вероятно, отвечает какому-либо промежуточному случаю.
Физическая природа диполей в полупроводниках изучалась несколькими исследователями. Подобные диполи могут образоваться по рассмотренной ранее причине, а также вследствие существования заряда на противоположных поверхностях тонкого диэлектрического слоя на границе раздела или соответствующего пространственного распределения противоположно заряженных дефектов в объеме полупроводников по обе стороны от границы раздела. В последнем случае заряд может распределяться в слое толщиной несколько десятков нанометров, например по дислокациям несоответствия, которые берут начало на границе раздела.
2.5. МОДЕЛИ КИНЕТИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ В ГЕТЕРОПЕРЕХОДАХ
Предложено несколько моделей для описания процесса протекания тока в различных типах гетеропереходов. Основными признаками, по которым эти модели отличаются между собой, являются преобладающий 72
механизм переноса носителей заряда и (или) механизм, ограничивающий зтот процесс. Как правило, параллельно реализующиеся механизмы переноса (например, инжекция и диффузия носителей в квазинейтральной области или рекомбинационно-генерационный процесс в обедненном слое) не воздействуют существенно друг на друга, поэтому результирующий ток можно найти посредством сложения соответствующих токов.
2.5.1. Инжекция и диффузия носителей в квазинейтральных областях
В модели Андерсона, рассматривавшейся в 2.3.1, протекание тока ограничивают диффузия и рекомбинация носителей заряда в квазинейтральных областях, т. е. пб существу те же механизмы, что и в гомогенных переходах. Рассчитанные с помощью этой модели значения J0 на несколько порядков ниже обычно наблюдаемых на практике.
2.5.2. Рекомбинация и генерация носителей в обедненном слое
В типичных солнечных элементах с гетеропереходом рекомбинационно-генерационный процесс, по-видимому, преобладает в обедненном слое узкозонного полупроводника из-за наличия высокого потенциального барьера, препятствующего инжекции неосновных носителей заряда в широкозонный материал. Для структуры, изображенной на рис. 2.23,а,
Рис. 2.23. Рекомбинационно-генерационный процесс в обедненном слое гетероперехода при отсутствии освещения и прямом напряжении смещения (а); модель Доле-га, описывающая протекание тока в структурах с анизотипным (б) и изотипным (в) гетеропереходами; процессы протекания тока, ограниченные рекомбинацией носителей на границе раздела в гетеропереходе CuxS - CdS (г) и в структуре, соответствующей наиболее общему случаю (д)
