Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
для увеличения фототока следует повышать коэффициент про-
пускания Т и диффузионную длину Ln. Спектральный отклик элемента с
идеальным барьером Шоттки аналогичен кривым, приведенным на рис. 11,6 при
< 104 см/с. Однако его величина при любой заданной энергии фотона
оказывается несколько меньше за счет отражения и поглощения света
металлической пленкой. Коэффициент пропускания света золотыми пленками
(толщиной 10-100 А) с просветляющим покрытием может достигать 90-95 %.
Вольт-амперные характеристики освещенного солнечного элемента с барьером
Шоттки имеют вид
I = Ia(^v,nkT_ i>_/L| (43)
где
/, = АА**Т* ехр (- q7BikT), (44)
п - фактор идеальности, А - площадь, А** - эффективная постоянная
Ричардсона (гл. 5) и qq>B - высота барьера. Используя выражение для
эффективности преобразования (11) и формулы (43) и (44), можно вычислить
зависимость к. п. д. от высоты барьера для данного полупроводника. Такие
идеальные зависимости (не учитывается отражение света и резистивные
потери и предполагается, что фактор идеальности равен 1) приведены
Солнечные батареи
42о
Рис. 27. Зависимость эффектив- 30
мости преобразования от высоты барьера. Огибающая со-ответствует
максимальным зна- Z9
чениям к. п. д., вычисленным при qyB = Eg [32]. ^
^ 15 10 5
О 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 5,и
эВ
на рис. 27 132]. Видно, что к. п. д. возрастает с увеличением высоты
барьера и в предельном случае qyB (макс) = Eg его максимальное значение
составляет ~25 %. Показанные" на рис. 27 предельные значения к. п. д. для
различных полупроводников сравнимы с предельными значениями к. п. д. в
случае гомопереходов .
Чтобы получить большую высоту барьера Шоттки, обычно для полупроводников
я-типа используют металлы с высокой работой выхода, а для полупроводников
р-типа - металлы с низкой работой выхода. Например, для Si p-типа
используется двухслойный электрод (слой меди толщиной 50 А и слой хрома
толщиной 50 А), в котором хром служит для создания барьера Шоттки, а медь
используется в качестве г защитного покрытия [33 J. Для большинства
систем металл - полупроводник, создаваемых на однородных подложках,
максимальная высота барьера составляет ~2/3Eg. Однако отношение высоты
барьера к ширине запрещенной зоны может быть увеличено, если между
металлом и полупроводниковой подложкой ввести сильнолегированный тонкий
полупроводниковый слой (толщиной 100 А и с противоположным по отношению к
подложке типом легирования). На рис. 28 (вставка) показана зонная
диаграмма барьера Шоттки в системе металл - р+ - я~-полупроводник [34].
Тогда эффективная высота барьера равна
ЯЧ'в = <7Фт - ЯХ + qVpm. (45)
где <7фт - работа выхода из металла, % - электронное сродство
полупроводника, Vpm - высота максимума потенциала в полупроводнике,
равная
V** = (skr)(Wy-N'>w*>t- <46)
426
Г лава 14
И
1,2
"ч
0,8
Nd =1016см
f,±2jd_
О,!5 мкм
0,2 мкм Wp =0,3мкм
0,9'эВ
"//Л W 'IV 1 Металл Р с. п с. p+-Si п-Si
10
If
10
16
10
17
10
16
10
19
N.
см
-J
Рис. 28. Зависимость высоты барьера от уровня легирования и толщины р-
слоя в солнечных элементах с барьерами Шоттки Au - GaAs. На вставке
показана диаграмма энергетических зон элемента со структурой металл - р+
- п-полу-проводник [34].
Эти выражения получены в предположении NAWP > NDWn, что соответствует
полной ионизации тонкого p-слоя и существованию максимума потенциала
внутри этого слоя. При перестановке п- и p-слоев получается
комплементарный прибор со структурой металл - п+-р-полупроводник. На рис.
28 приведены также вычисленные зависимости высоты барьера от NA и Wp в
GaAs при Nd - 1016 см"3. Сильнолегированный приповерхностный слой можно
создавать с помощью ионной имплатации и молекулярно-лучевой эпитаксии.
Другим методом получения такого слоя будет металлургический. Высота
барьера в контакте А1-Si (n-типа) при термообработке (<580 °С) возрастает
от 0,68 до 0,9 эВ. При этом образуется тонкий рекристаллизо-
ванный р+-слой (^-100 А), содержащий >1019 см-3 акцепторов (А1) [35], и
зонная диаграмма приобретает вид, показанный на рис. 28.
В солнечных элементах на МДП-структурах между металлом и
полупроводниковой подложкой создается тонкий изолирующий слой.
Преимущество солнечных элементов на МДП-структурах связано с тем, что в
них имеется сильное электрическое поле вблизи поверхности полупроводника,
которое направлено так, что помогает коллектированию носителей,
создаваемых коротковолновым светом; кроме того, в активной области таких
элемен-
Солнечные батареи
427
тов нет кристаллических дефектов, возникающих при диффузии примесей и
присущих солнечным элементам с диффузионными р-п-переходами. В туннельных
МДП-структурах выражение для плотности тока насыщения отличается от
соответствующего выражения для барьеров Шоттки дополнительным туннельным
множителем (гл. 9)
где q<pT - средняя высота барьера в изолирующем слое (мкм) и б - толщина
изолирующего слоя (А). Подставляя в уравнение (43) V = Ухх и J - 0,
получаем
