Читальный зал -->  Солнечные элементы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91

пренебрежимо мало (независимо от 5 ). При меньших значениях отношения ylL можно рассмотреть три диапазона юменения S L /D . В том сл)Д1ае, когда S L /D > 100,

JonqnfDJiNy) (2.16)

и перенос носителей заряда определяется их подвижностью. Если 0,01 < <5 L /Z) <100,to

Jon -qnSnlN (2.17)

и ток зависит от скорости поьерхностной рекомбинации. При 5 L /Dn < <0,01

Jon qnJDnyliN Ll) = qnjy/(N т ). (2.18)

что эквивалентно прохождению носителей заряда через область толщиной у, в которой скорость их рекомбинации является постоянной, равной npJTf а процесс переноса определяется временем жизни. Учет зтого обстоятельства позволяет уменьшить дырочный ток до приемлемого значения даже при очень малом времени жюни дырок за счет соответст-в)тощего утончения фронтального диффузионного слоя кремниевого солнечного элемента.

Что касается модели диода Шокли при обратном смещении, то дефекты, сосредоточенные в квазинейтральной области и действующие как центры генерации носителей заряда, обеспечивают скорость генерации

U = -npolT o = -njl(NT o). (2.19)

Ранее полученное уравнение (2.11) сохраняет силу и для обратного тока, есгхи время жюни носителей т заменить на г о- В данной модели обратный ток насыщения не зависит от напряжения смещения до тех пор, пока вследствие лавинного разряда при больших не проюойдет пробоя перехода.

Есгхи в квазинейтральных областях существуют градиенты концентраций легирующих примесей, которые вызывают появление электрического поля, то выражение для Jo усложняется. Получены соотношения для Jo при наличии постоянного электрического поля [Ellis, Moss, 1970].

Представляет интерес вопрос о балансе знергетических потоков в диоде при прямом напряжении сметцения V. Будем считать, что омические потери мощности IR незначительны. Наиболее высокознергетические основные носители заряда, перемещающиеся в результате инжекции ю квазинейтральной области и-типа вэ-область, переносят поток теплоты. При их рекомбинации в квазинейтральной области р-типа каждая электронно-дырочная пара обеспечивает выделение энергии (в виде излучения или теплоты), определяемое значением Eg. Поскольку диод потребляет мощность Р = JV, тепловой поток , проходящий через переход,

Л =JEg/q - JV=J[Eg/q -V]. (2.2U)

2.2.3. Положение квазиуровней Ферми в обедненном слое

Основное допущение, принятое при вычислении прямого темпового тока (и фототока), состоит в том, что положение квазиуровней Ферми внутри обедненного слоя считается постоянным. Поэтому при упрощенном подходе к определению плотностей фототока и прямого темно-вого тока диода граничное условие при х = в первом приближении можно представить в виде Пр = npoexp(qVl(кТ)). Можно показать [Sah е. а., 1957], что в структуре с гомогенным переходом при отсутствии освещения и прямом напряжении смещения положение квазиуровня Ферми в обедненном слое почти не меняется (т. е. dEp/dx 0). Если предположить, что в зоне проводимости и валентной зоне установилось термодинамическое равновесие, то при любом напряжении смещения плотность электронного тока можно выразить через квазиуровень Ферми для электронов

J (x)H n(x)dEpJdx. (2.21)

Здесь

п(X) = л,-ехр [Ер (х) - Ei (х)] ЦкТ) (2.22)

и Ej(x) - уровень химического потенциала в собственном полупроводнике. Из этих соотношений пол)Д1ают дифференциальное уравнение, содержащее переменную ехр[(Ер - Е{)1(кТ)], решение которого имеет вид

Для исключения постоянной С необходимо выбрать пределы интегрирования, и есгхи предположить, что значению х = х отвечает Ер(х ) = = 0, то

Ер (Хр)=кТ\п

l/f ехр.х

(2.24)

Отметим, что при прямом напряжении смещения значение / (х) отрицательно.

Этот интеграл можно вычисгхить приближенно, выбрав в качестве зависимости / (х) реальную диодную характеристику и предположив, что / постоянна для данного перехода, а функция Ej (х, V) аппроксимируется линейной зависимостью. В качестве примера рассмотрим р-л-пе-реход в кремнии, имеющий сгхедующие характеристики: /о = 10 А/см и Л = 1 при толщине обедненного споя = I мкм и д = 10 см / (В с). В этом случае положение квазиуровня Ферми для электронов на противоположных границах перехода отличается менее чем на 0,4* Г. В диоде Шокли при прямом смещении обедненный спой сгхужит бесконечным источником носителей заряда, а положение Ер почти постоянно при выполнении соотношения kT/qL < (Vj - V)IWj, где Vj - диффузионный потенциал; L - диффузионная длина неосновных носителей заряда

4 - Зак. 609 49

-hi/

Рис. 2.7. Энергетическая зонная диаграмма солнечного элемента с гетеропереходом при прямом смещении с учетом эффекта ограничения скорости носителей заряда вследствие рассеяния:

1 - квазиуровни Ферми в темновых условиях; 2 - при освещении

В квазинейтральной области р-типа (т. е. электрическое поле, образующееся в кваэинейтральной области р-типа вследствие диффузии носителей, значительно слабее поля в области р - и-перехода). Если же в диоде реализуется рекомбинащюнно-генеращюнный механизм протекания тока, то изменения Ер внутри обедненного слоя менее существенны из-за наличия зависимости / от х. Вопрос о постоянстве квазиуровней Ферми в обедненном слое рассматривался несколькими исследователями [Middlebrook, 1957; De Mari, 1968]. Полученные результаты справедливы также и для гетеропереходов.

При наличии освещения и очень высоких прямых напряжениях смещения, когда необходимо учитывать омическое падение напряжения в обедненном слое, а также при значительных обратных напряжениях смещения в диодах с рекомбинащюнно-генерационным механизмом протекания тока положение квазиуровней Ферми в обедненном слое не постоянно [Sah е. а., 1957].

При освещении ток течет в противоположном темновому направлении, и для определения положения квазиуровня Ферми снова можно воспользоваться уравнением (2.24). Такие расчеты были выполнены для освещенного диода (при прямом напряжении смещения), для которого на рис. 1.8 приведена кривая распределения концентрации носителей с учетом эффекта ограничения их скорости вследствие рассеяния. Полученные результаты представлены на рис. 2.7. Поскольку фотогенерированные носители заряда являются горячими по отношению к кристаллической решетке, уровень Ер должен лежать несколько ниже, чем показано на рисунке. Его истинное положение в обедненном слое заключено между кривыми, соответствующими £г яЕр.

2.2.4. Рекомбинационно-генерационный процесс в обедненном слое

Во многих типах структур с р - и-переходом рекомбинацией носителей в обедненном слое пренебречь нельзя. В значительной степени это относится к элементам, находящимся при низком напряжении смещения, и к гетеропереходам. После ознакомления с наиболее общими вопросами мы рассмотрим кратко теорию симметричного гомогенного перехода, разработанную Са, Нойсом и Шокли (СНШ), а также усовершенстворан-ный Чу вариант этой теории, предназначенный для описания асимметричных переходов. 50

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.