Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
в обедненном слое второго полупроводника; 2) в понижении
последовательного сопротивления при условии, что первый полупроводник
можно сильно легировать, не ухудшая при этом условия прохождения света
через него; 3) в высокой радиационной стой-
Рис. 22. Диаграмма энергетических зон п -- ^-гетеропереходов в состоянии
термодинамического равновесия.
Солнечные батареи
419
кости, если первый слой полупроводника достаточно толстый и полупроводник
имеет широкую запрещенную зону.
Выражения для фототока в гетеропереходах весьма близки к выражениям для
фототока в гомопереходах [3]. В случае п-р-гетероперехода плотность
дырочного фототока в первом полупроводнике определяется выражением (22),
в котором а следует заменить на ах и Lp на Lpl, где и Ьр1 -
соответственно коэффициент поглощения и диффузионная длина в первом
полупроводнике. Плотность электронного тока определяется формулой (26), в
которой следует заменить а на а2, Ln на Ьп2 и a (xt + W) на [ах (Xj + Wi)
+ a2W2], где а2 и Ьп2 - соответствующие параметры второго полупроводника,
a Wi и W% - толщины обедненного слоя в этих двух полупроводниках. Фототок
обедненных слоев равен
Jdr - qF (1 - R) [e'aixj(\ - е"аЛ) (wi+xj) (l - e"05"^)]. (40)
Рассмотренные выше выражения для фототока получены при следующих
предположениях: 1) скачок зон проводимости АЕс мал (если речь идет о р-"-
гетеропереходах, должна быть мала и величина АEv) и не мешает протеканию
неосновных носителей из второго полупроводника через переход; 2) решетки
обоих полупроводников хорошо согласуются между собой, вследствие чего
плотность поверхностных состояний в гетеропереходе оказывается малой и не
снижает время жизни как внутри, так и около обедненного слоя.
Спектральный отклик гетеропереходов описывается выражением, подобным
формуле (29). Его длинноволновая граница определяется величиной ?\2> а
отклик в коротковолновой части спектра зависит от ширины запрещенной зоны
и толщины первого полупроводника. Если Esl существенно больше Eg2 и
рекомбинация на лицевой поверхности и поверхности гетероперехода
пренебрежимо мала, то форма спектрального отклика близка к кривым,
приведенным на рис. 11,6, при Sp < 104 см/с. И наоборот, увеличение АЕс и
плотности состояний на поверхности гетероперехода приведет к снижению
спектрального отклика.
В качестве производного от слова "гетеропереход" используется термин
"солнечный элемент с лицевой гетероповерхностью" для обозначения
элементов с р-я-гомопереходом и добавленным к нему слоем полупроводника с
большей шириной запрещенной зоны. На рис. 23 (вставка) показана зонная
диаграмма элемента p-Gai_:x.Al^As//?-GaAs/ft-GaAs. Широкозонный
полупроводник здесь используется в качестве оптического окна,
пропускающего фотоны с энергией, меньшей Egl. Фотоны с энергиями в
диапазоне Eg2 - Egl создают носители в гомопереходе. Если коэффициент
поглощения света в узкозонном полупроводнике большой, генерация носителей
будет происходить в обедненном
420
Глава 14
I
fv.
t>
?
I'
t
I
ho, 3 В
Рис. 23. Нормированный спектральный отклик нескольких солнечных элементов
AlGaAs/GaAs различного состава. На встаскс показана зонная диаграмма
солнечного элемента с лицевой гетероповерхиостью [28].
слое или в близлежащей области и эффективность собирания носителей
окажется высокой. Если полупроводниковый материал лицевой
гетероповерхности имеет непрямую запрещенную зону (как, но пример, Gab.
ALAs при л; >0,4) и его слой достаточно тонкий, то многие фотоны с
энергией hv '>Egl будут проходить через этот слой и генерировать носители
непосредственно в узкозонном полупроводнике. На рис. 23 приведены
нормированные зависимости спектрального отклика для нескольких солнечных
элементов из Gai_xAlxAs-GaAs, имеющих одинаковые уровни легирования и
одинаковую глубину перехода. При увеличении х ширина запрещенной зоны Egl
увеличивается, поэтому возрастает спектральный отклик в коротковолновой
области спектра.
Интересным примером солнечного элемента с гетеропереходом является
гетеропереход проводящее стекло - полупроводник. К проводящим стеклам
относятся окисные полупроводники, такие, как окисел индия (1п203 с Е& -
3,5 эВ и электронным сродством х ~ 4,45 эВ), окисел олова (Sn02 с Eg =
3,5 эВ и электронным сродством % ~ 4,8 эВ) и окисел сплава индия и
Солнечные батареи
421
vF, в
Рис. 24. Вольт-амперные характеристики гетероперехода IT0 - Si, На
вставке показана зонная диаграмма при прямом смещении [29].
олова (ITO, смесь 1п.203 и Sn03 с Eg - 3,7 эВ и электронным сродством х
от 4,2 до 4,5 эВ). Эти окисные полупроводники в виде тонких пленок
обладают замечательным сочетанием хорошей электрической проводимости и
высокой оптической прозрачности. Поэтому они играют роль части
гетероперехода и просветляющего покрытия.
На рис. 24 (вставка) показана зонная диаграмма солнечного элемента ITO-Si
[29]. Верхним слоем служит окисел ITO я-типа. Толщина слоя равна 4000 А,
а его удельное сопротивление составляет 5-10-4 Ом-см. В качестве подложки
