Солнечные элементы: Теория и эксперимент - Фаренбрух А.
Скачать (прямая ссылка):
решетка типа алмаз
Постоянна)! решетки, нм........................... 0,543
Температура плавления, °С........................ 1412
Температура кипения, °С.......................... 3145
Температурный коэффициент линейного расширения,С"1.......................................... 2.33-10-6
Теплопроводность, Вт- см"1 ¦ °СГ1................ 1,41
Плотность, г-см-3................................ 2,328
Показатель преломления........................... -3,5 (\>hc/Eg)
Расширение объема при охлаждении, %.............. 9
Электронные свойства............................. Типичные зна- Набгаодав-
чения*2 шиеся пре-
дельные значения
Eg для прямых переходов, эВ......................2,6
Eg для непрямых переходов........................1,12
dEg/dT, эВ-°С-1..................................—2,8-10-4
Не, см2-В_1-с_1 .................................- 500-700
Hh, см2-В_1-с-1 .................................- 200-350
eT(dc)........................................... 11,7
Тио, мкс......................................... - 5-80
Тро, мкс......................................... — 5*3
К,эВ............................................. 4,01
п^.смТ3.......................................... 1,4-1014
Nc, см-3......................................... 2,86-1019
Nv, см-3......................................... 1,02-1019
Эффективные массы:
Электронов
продольная..................................... 0,98
поперечная.....................................0,19
проводимости...................................0,26
плотности состояний............................0,33
Дырок
т* тяжелая.....................................0,49
т* легкая......................................0,16
т * спин-орбитальная...........................0,24
плотности состояний............................0,55
1360
495
800
15
** Все данные приведены для температуры 300 К.
*2 В изготовленных солнечных элементах.
*3 В диффузионном слое время жизни дырок снижается до 0,01-0,1 мкс.
*4 Концентрацию собственных носителей можно вычислить по формуле и,- =
= 3,87-1016r3/2exp(—0,605/кТ) [Smith R. A./ Semiconductors. Cambridge Univ. Press, 1959].
4.2. ВЫРАЩИВАНИЕ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ
Наша цель — показать основные этапы изготовления материала, достигшие высокой степени технического совершенства, и на этом фоне обсудить перспективы развития возможных методов изготовления других, менее исследованных материалов.
4.2.1. Песок для кремния
Слово ’’кремний” (silicon^ происходит от латинского silex, что означает кремень, кремневая галька. Масса земной коры приблизительно на 20% состоит из кремния, в основном в виде Si02-содержащих минералов (кварцита, агата, яшмы, опала и кремня) и силикатов (слюды, полевого шпата, цеолитов, гранатов и глиноземов)Хотя еще Лавуазье в 1787 г. предполагал, что Si02 - оксид не известного тогда элемента, элементарный кремний был выделен Берцелиусом только в 1823 г.
В настоящее время элементарный кремний главным образом применяется в сталелитейном производстве, для изготовления абразивов SiC и получения кремнийорганических соединений. Стимулом для развития технологии выращивания монокристаллов послужили свойства элементарного кремния пропускать ИК-иэлучение. Лишь впоследствии кристаллический кремний в оптических компонентах ИК-техники был заменен на поликристаллические материалы с малыми потерями.
Впервые кремний использовали как компонент электронного устройства в 1906 г. в выпрямителе с точечным контактом. Несмотря на быстрое развитие полупроводниковой промышленности, использование его было относительно невелико: в 1964, 1972, 1978 гг. по 45, 500, 1500 т соответственно.
Кремний — легкий элемент, пластичный только при нагреве до температур, близких к температуре плавления 1410°С, он очень стоек к химическому воздействию. На его поверхности на воздухе практически мгновенно образуется слой Si02 толщиной 1—2 нм, затем толщина окисла постепенно возрастает до 5—6 нм. Кремний не подвержен воздействию большинства кислот, за исключением смеси HF + HN03, но легко растворяется в КОН или NaOH с выделением Н2. Материал относительно легко поддается оптической полировке, однако из-за большого показателя преломления на выполненные из него оптические элементы необходимо наносить просветляющие покрытия.
Превращение исходного песка в высокочистый кремний происходит через следующие основные этапы:
1) восстановление Si02 до Si в электродуговой печи с графитовыми электродами;
2) получение промежуточного химического продукта, например три-хлорсилана;
3) очистка дистилляцией или другими способами;
4) восстановление промежуточного химического продукта до чистого кремния в высокочистых условиях;
5) отливка в формы, удобные для последующего выращивания кристаллов;
149
6) выращивание кристалла, предусматривающее дополнительную очистку за счет сегрегации определенных примесей. [
После указанных этапов концентрация примесей снижается от 1—10 примерно до 10~ 7 %.; Стандартные аналитические методы (оптический спектральный анализ) становятся слишком грубыми для измерения таких уровней концентраций, и требуются более тонкие методы, например масс-спектроскопия или нейтронный активационный анализ. Часто для оценки максимальной концентрации примесей в выращенном кристалле или в готовом приборе измеряют их электрические свойства. Особое внимание уделяют элементам III и V групп периодической таблицы элементов, которые являются в кремнии легирующими примесями, а также примесям Аи, Си и Fe, образующим эффективные рекомбинационные центры, резко уменьшающие время жизни неравновесных носителей заряда.
