Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 13. Зависимость коэффициента преобразования от ширины запрещенной
зоны для идеальной вольт-амперной характеристики
2. Спектральная чувствительность. Спектральное распределение
чувствительности солнечной батареи определяется как зависимость тока
короткого замыкания от длины волны падающего' излучения. Чтобы получить
эту зависимость, воспользуемся простой одномерной моделью, изображенной
на рис. 14,а, где d - глубина залегания перехода, a Ln и Ьр -
диффузионная длина неосновных носителей заряда в р- и n-области
соответственно. Предположим, что ширина обедненного слоя значительно
меньше Ln или Lv. Для фотонов с энергией, превышающей ширину запрещенной
зоны h\>Eg, плотность фотонов в полупроводнике в направлении х от
поверхности изменяется как Ф=Фоехр (-ах), где Ф выражается в фотонах/(сек
• см2) и а - коэффициент поглощения, зависящий от длины волны. Скорость
генерации электронно-дырочных пар выражается формулой
. V.-Цг-М ___________
о,г 0,6 1,о 1,4 us г,г г,6 эв
[Л. 22].
(20)
В я-области из общего числа неосновных носителей (дырок), генерированных
на расстоянии х от поверхности, диффундирует
(еГ- х)
к переходу часть, пропорциональная ехр
Поверхность
Переход
hv 1 1 п 1 1 \/
t,-j~ "1~Ln ! -
t=0
X=d
а)
Б ia
й s
Б
I*
0,5
1 -
- Теория О Эксперимент у \
f ч
1 '
Я |\
1 \
V
0,5
1,0
Длина Волны падающего из л у чения, jukm
б)
• Полное чис-
Рис. 14. Солнечная батарея с травленой поверхностью. а - одномерное
изображение солнечной батареи с глубиной залегания перехода d и
диффузионной длиной неосновных носителей Ln и Lp для р- и п- области
соответственно; б - сравнение типичных экспериментальных и расчетных
кривых фотоответа для р- на п-солнечной батареи с травленой поверхностью.
Экспериментальные точки соответствуют данным, полученным при ==2,0 мкм.
Сплошная кривая представляет собой расчетные результаты, полученные для
d- =2,0 мкм, ?^=0,5 мкм и Lp = = 10,0 мкм [Л. 24].
ло неосновных носителей, достигающих перехода и обусловленных генерацией
электронно-дырочных пар в я-области, ра-вно:
N:
ехр (1 - рис) ехр
\d - х|
j dx =
Ф0сс
-------------j- [ехр (-d/Lv) - ехр (-ad)].
" -Г~
*-"Г
(21)
Подобным образом число неосновных носителей (электронов), достигающих
перехода и обусловленных генерацией электронно-дырочных пар в /7-области,
равно интегралу уравнения (21), взятому в пределах от x=d до х=оо при
замене Lv на Ln. Таким образом, полное число носителей, проходящих через
р-п переход, равно [Л. 24]:
ф0а
NT 1- [ехр (-d/Lp) -
а~~Г~
- ехр (- ad)] +
Ф0а ехр (-ad)
(22)
В стационарных условиях через солнечную 'батарею протекает постоянный
ток, пропорциональный Nt¦ Для равных интервалов энергетического спектра
плотность фотонов пропорциональна длине волны падающего излучения, так
как энергия одного фотона пропорциональна частоте. Таким образом, при
одной и той же энергии излучения Фо пропорционально длине волны.
Производная тока короткого замыкания по длине волны может быть получена
из уравнения (22)
При aLn, uLp-С 1 и d/Ej>3> 1 это уравнение приобретает вид:
Приведенные выше уравнения выведены для солнечных 'батарей, в которых
освещаемая область имеет проводимость я-типа. При освещении со стороны p-
слоя необходимо лишь заменить Lp на Ln. Рисунок 14,6 иллюстрирует хорошее
совпадение расчетной кривой и экспериментальных данных (Л. 24]. Точки
соответствуют экспериментальным значениям, полученным для кремниевой
солнечной батареи с травленой поверхностью и* диффузионнык слоем p-типа
толщиной 2 мкм, в то время как сплошная линия представляет собой
теоретическую кривую, рассчитанную согласно уравнению (23) при d=2,0 мкм,
Ln=0,5 мкм, Lp = 10 мкм и при значениях а ('а) , взятых из литературных
источников. Из уравнения (23) следует, что для увеличения
чувствительности в области коротких волн переход следует делать ближе к
поверхности, так как на коротких волнах 1/а мало. В то же время для
увеличения длинноволновой чувствительности следует располагать переход.
сравнительно глубоко под поверхностью. Если скорость поверхностной
рекомбинации высока (шлифованная поверхность), время жизни у поверхности
мало, что приводит к уменьшению чувствительности в коротковолновой
области спектра падающего излучения.
3. Рекомбинационный ток и последовательное сопротивление. Если над
прямым током преобладает ток рекомбинации в области объемного заряда, к.
п. д. солнечной батареи значительно снижается по сравнению со значением,
полученным для идеального диода.
-Ар- texp (-ad>
dk
(23)
dl?? (X)
--к =5= ak (Ln + Lv) ехр (-ad).
(23а)
В случае однозарядных центров рекомбинационный ток может быть выражен как
(24)
, = Л ["p(2?f)-l]
qn.LW
1 S -- jr------ '
№
где -ширина области пространственного заряда ОПЗ, а Тр и тп - время жизни
дырок и электронов соответственно. В этом случае также может быть
