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

при протекании в диоде рекомбинационно-генерационного тока). В условиях высокого уровня инжекции при наличии рекомбинационных центров, образующих энергетические уровни вблизи середины запрещенной зоны, эффективное время жизни носителей заряда равно большему из двух значений - т о и Гро (см. 2.5.2). Описание процесса протекания тока усложняется еще тем, что перенос носителей заряда в кваэинейтраль-ной области, допустим, р-типа проводимости определяется также и диффузией дырок по направлению к обедненному слою. Вследствие этого эффективная диффузионная длина носителей £ или Lp зависит от координаты. Плотность тока в квазинейтральной области р-типа в условиях, приближающихся к высокому уровню инжекции, примерно равна qD N/L , что составляет 5 А/см для высококачественного кремния при Лд = 10* см~. Такие плотности тока могут быть достигнуты в солнечных элементах, работающих при концентрированном световом потоке. В условиях сильной освещенности становится существенным влияние сопротивления объема квазинейтральных областей и даже обедненного слоя на ток, значение которого под действием этих эффектов уменьшается при большом напряжении смещения. Условия высокого уровня инжекции в гомогенных переходах рассмотрены рядом авторов [Nuss-baum, 1962; Van Vliet, 1966; Giickel e. a., 1977; Lindholm, Possum, 1977].

Bo многих случаях, особенно у тонких элементов, толщина обедненного слоя которых больше ширины диффузионного профиля легирующей примеси, переход не является резким, как это предполагалось ранее, и распределение концентрации примесных атомов описывается дополнительной функцией ошибок (см. 2.2.1). Когда перенос носителей заряда определяется в основном процессами, происходящими в квазинейтральных областях, ни одна из частей вольт-амперной характеристики не претерпевает существенных изменений, если только в структуру элемента не входят сверхтонкие диффузионные слои. При рекомбинационно-гене-рационном механизме протекания тока получаются несколько иные результаты, причем вольт-амперная характеристика изменяется наиболее значительно в области обратных напряжений смещения. Наблюдается тенденция к переходу от зависимости Jr~g V (свойственной переходам с резкими ступенчатыми распределениями примесей) KJg < F (характерной для приборов с линейным профилем распределения легирующей примеси).

2.2.6. Трехмерные объемные эффекты в гомогенных переходах

Большинство моделей электронно-дырочного перехода основано на рассмотрении геометрически плоской структуры, которая одномерна также и в пространстве энергий, в соответствии с общепринятой схемой построения зонной диаграммы. Однако в ряде случаев необходим анализ трехмерной модели перехода. Что касается его микроструктуры, то профиль распределения легирующей примеси статистически неоднороден и, кроме того, возможно ее скопление вокруг точечных дефектов. Включения нежелательных примесей или дефекты, введенные в материал в про-

цессе его обработки, могут создавать области, где время жизни носителей заряда на несколько порядков меньше, чем в расположенных рядом ненарушенных областях. В отдельных случаях зти дефекты могут существенным образом влиять на вольт-амперные характеристики приборов. Это было убедительно показано [Schwuttke, 1974] после получения данных о распределении времени жизни носителей заряда по поверхности пластин монокристаллического кремния (для измерений использовалоа множество мельчайших конденсаторов со структурой металл-оксид- полупроводник). Изучение структуры этих же пластин методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии показало, что области с малым временем жизни носителей заряда, как правило, представляют собой участки, содержащие микротрещины глубиной до 100 мкм, которые образовались в процессе резки слитков на пластины. Кроме того, границы зерен, проникающие в область перехода, и дефекты на границе раздела могут содержать электрический заряд, вследствие чего образуются области сильного поля и возникают большие туннельные токи.

Другой пример существования пространственных неоднородностей (играющих чрезвычайно важную роль в солнечных элементах) связан с вариациями скорости поверхностной рекомбинации носителей из-за наличия контактной сетки. На. участках поверхности, заключенных между контактными полосами, скорость рекомбинации S можно существенно снизить с помощью оксидного пассивирующего покрытия. Однако под контактной сеткой значения S остаются большими (вплоть до 10* - 10 см/с). Если диффузионный слой обладает такими свойствами, при которых Jo определяется преимущественно скоростью поверхностной рекомбинации S (как следует из рис. 2.6, в этом случае 0,1 <SL/D< 100 Ky/L < 0,1), то вольт-амперные характеристики элементов могут значительно ухудшиться даже при малой площади контактной сетки, составляющей лишь 5-10% площади поверхности элементов.

Установлено, что во многих со;шечных элементах, имеющих диодный коэффициент А = 2, и в особенности в элементах малой площади, преобладает темновой ток, обусловленный рекомбинацией носителей на тех участках границы раздела и внешних поверхностей, которые расположены вдоль периметра р - и-перехода.

Показано [Stringfellow, 1976], что в светодиодах на основе гетероперехода GaAsP-GaP рекомбинационно-генерационный ток зависит непосредственно от отношения площади прибора к периметру и его значение временно понижается после плазменного травления в CF4. Хотя Са и другие [Sah е. а., 1957], подтверждая справедливость своей теории, полагали, что в кремниевых диодах с р -и-переходом краевые токи прибора пренебрежимо малы, в своей более поздней работе Са показал [Sah, 1962], что при отсутствии соответствующего поверхностного слоя оксида они могут быть весьма существенны. Подробные исследования [Henry е. а., 1978] процесса люминесценции в р- -гетеропереходах на основе AlGaAs привели к выводу о том, что токи, которым отвечают А ~ 2, обусловлены поверхностной рекомбинацией носителей по периметру перехода при различных видах обработки поверхности. По мнению авторов, равенство диодного коэффициента двум объясняется тем, что при фиксированном положении уровня Ферми для поддержания поверх-58

ности в электронейтральном состоянии требуется сохранять постоянным отношение плотностей тока электронов и дырок. Несмотря на то что эти измерения были вьшолнены для приборов малой площади (около 0,4 мм), они отчетливо показывают, что в реальных солнечных элементах краевыми токами пренебрегать нельзя. Эти выводы справедливы также и для поликристаллических солнечных элементов, в которых подобные краевые токи могут существовать на границах зерен, пересекающих область перехода.

2.2.7. Модификации структуры солнечного элемента с гомогенным переходом

Изотипный переход. Создание сильно легированного р*-слоя на границе с квазинейтральной областью р-типа (формирование -р- -структуры), несомненно, является первым усовершенствованием, направленным на изменение свойств поверхности раздела контакт-квазинейтральная область и уменьшение эффективной скорости поверхностной рекомбинации. При наличии в солнечных элементах р*-слоя изменение напряжения холостого хода Vq оказывается более существенным по сравнению с тем, которое &>шо бы возможно лишь за счет уменьшения S. Этот вопрос будет рассмотрен в 4.5.2i

Элементы с p-i-n-структурой. Структура р-г-п представляет собой последовательность слоев одного и того же полупроводникового материала, обладающих проводимостью р-типа, собственной проводимостью и проводимостью и-типа. При создании такой структуры ширина обедненного слоя увеличивается в соответствии с соотношением

W = Wf+Wo, (2.35)

где Wj - ширина слоя собственного полупроводника; Wo - ширина обедненного слоя при отсутствии области /-типа. При W,- <L справедливы уравнение либо Шокли (2.13) (при незначительной рекомбинации носителей внутри обедненного слоя шириной Wj), либо (2.27) для рекомбинационно-генерационного тока в диоде. При > L описание процесса переноса носителей заряда значительно усложняется [Rose, 1965]. К приборам с р -/- -структурой относятся кремниевые солнечные элементы, предназначенные для работы в условиях концентрированного излучения (в этом случае важное значение имеет возможность получения большой диффузионной длины носителей заряда в нелегированном материале), а также элементы на основе аморфного кремния.

2.3. ГЕТЕРОПЕРЕХОДЫ

Создание гетеропереходов на основе широкоэонного (оптического окна) и узкозонного полупроводникового материалов (поглощающего слоя) позволяет свести к минимуму потери носителей, обусловленные

Для устранения влияния краевых токов в испытуемых приборах можно при-метять охранное кольцо. Напротив, при изучении влияния краевых токов на характеристики приборов создают несколько диодов с различным отношением площади к пep метру.

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.