Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
1. При Voc, типичных для неконцентрированного солнечного излучения, преобладает рекомбинационно-генерационный механизм протекания тока, которому соответствуют А « 2 и /0 = Ю”12 -г 10"10 А/см2.
2. При Voc, характерных для концентрированного светового потока, преобладает диффузионный механизм, которому соответствуют А >« 1 и/0 = 10~19-Н0-18 А/см2.
3. 104 см/с.
4. Поглощение-света в Al0>9Ga01As сопровождается непрямыми оптическими переходами при ширине запрещенной зоны около 2,1 эВ.
Солнечные элементы с гетероструктурой на основе GaAs более подробно рассмотрены в гл. 5.
Использованная в расчетах [Aranovich е. а., 1980] эффективная концентрация акцепторов была существенно выше концентрации (около 1017 см-3), вычисленной по результатам измерений удельного сопротивления при температуре 300 К, и в большей степени совпадала со значениями концентрации, найденными исходя из емкости перехода и обратного напряжения пробоя.
82
2.6. БАРЬЕРЫ ШОТТКИ, СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛ-ДИЭЛЕКТРИК -ПОЛУПРОВОДНИК И ПОЛУПРОВОДНИК-ДИЭЛЕКТРИК-ПОЛУПРОВОДНИК
Приборы таких структур довольно просты и могут быть изготовлень из тонкопленочных поликристаллических материалов относительно дешевыми методами. Наименее сложной является конструкция с барьером Шоттки, в которой перенос носителей заряда обычно обусловлен термоэлектронной эмиссией. Расчетные и измеренные значения Voc таких приборов существенно ниже, чем у соответствующих с р - л-переходом. Это связано с большими значениями /0> что в свою очередь вызвано малой высотой потенциального барьера.
Высота барьера определяется физическими явлениями на границе раздела. У полупроводников с преимущественно ковалентной связью, таких, как GaAs, Si и CdTe, уровень Ферми занимает фиксированное положение на поверхности раздела, где вследствие контакта с металлом образуются энергетические уровни дефектов и слабо зависит от работы выхода металла Фт. К таким материалам относятся все полупроводники, которые имеют оптимальную для поглощающего слоя солнечных элементов ширину запрещенной зоны (Eg <1,7 зВ). Что касается полупроводников с ионной связью, таких, как CdS, ZnO и Sn02, которые обычно используются в качестве оптического окна, то Ф^, в большей степени зависит отФ т.
Установлено, что создание между металлом и полупроводником диэлектрического слоя толщиной 1-3 нм обеспечивает положительный эффект, который состоит в основном в повышении напряжения холостого хода Voc прибора. Значения плотности тока короткого замыкания Jsc и коэффициента заполнения ff вольт-амперной характеристики уменьшаются при этом незначительно. При толщине диэлектрического слоя более 3 нм происходит резкое снижение Jsc и ff. При правильно выбранной толщине оксидного слоя отмечалось повышение Voc вплоть до 50%. Исследование подобных структур металл—диэлектрик-полупроводник имеет особо важное значение, поскольку большинство структур с барьером Шоттки, вероятно, содержит очень тонкий диэлектрический слой, формирующийся в процессе их изготовления.
Одним из видов приборов с МДП-структурой являются приборы с индуцированным переходом. Слой, в котором сосредоточен заряд (в структуре с гомогенным переходом - это обедненный слой), находится внутри (или у поверхности) толстого диэлектрического слоя, расположенного на поверхности полупроводника. Если диэлектрический слой обладает соответствующими свойствами, то содержащегося в нем заряда достаточно для того, чтобы индуцировать в полупроводнике инверсионный слой, который может служить как для разделения фотогенерированных носителей заряда, так и для собирания носителей при их перемещении вдоль поверхности между полосами контактной сетки.
С целью усовершенствования гетероперехода можно дополнительно создавать диэлектрический слой, что приводит к формированию ПДИ-структуры. Полагают, что при определенной конфигурации прибором с ПДП-С1руктурой возможно получение высоких чначений Voc,
S.?
однако специальных экспериментальных исследований таких переходов не проводилось1.
Данный раздел мы завершим рассмотрением важного для всех типов солнечных элементов вопроса об условиях, при которых вместо барьера Шоттки образуется внешне родственная ему структура — омический контакт.
2.6,1. Исходная модель барьера Шоттки
Первые работы по изучению диодов с барьером Шоттки относятся к началу 30-х годов. Изучению механизмов протекания тока, определяющих особенности вольт-амперных характеристик, посвящены многочисленные теоретические исследования [Wagner, 1931; Schottky, Snenke, 1939; Sze, 1969], впоследствии рассмотренные в обзорах Rhoderick, 1974; Padovani, 1971. В режиме прямого смещения протекание тока (например, в полупроводнике л-типа проводимости) обусловлено следующими процессами: 1) термоэмиссией электронов, переходящих из полупроводника в металл над потенциальным барьером; 2) рекомбинацией носителей в обедненном слое; 3) квантовомеханическим туннелированием через барьер; 4) инжекцией н диффузией дырок (неосновных носителей).
Все эти процессы могут происходить одновременно. Подробное рассмотрение механизмов переноса носителей заряда в барьерах Шоттки вполне оправданно, поскольку именно они ограничивают протекание тока в гетеропереходах при очень большой скорости рекомбинации на границе раздела (см. 2.5.3, 2.5.5).
