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

1.5.4. Анализ принятых допущений

В данном разделе будут проанализированы некоторые предположения, принятые при выводе уравнения для фототока. Мы остановимся на тех допущениях, которые касаются переноса носителей заряда в обедненной области, при этом квазинейтральный поглощающий слой рассматривается в основном как источник избыточных носителей, а какие-либо изменения их концентрации учитываются только посредством введения соответствующих граничных условий между поглощающим и обедаенным слоями элемента.

Уравнение для скорости рекомбинации. Уравнение (1.1) для скорости рекомбинации носителей справедливо в рамках модели Шокли-Рида с одноуровневыми рекомбинационными центрами при условии, что Рр Пр (предполагается, что поглощающий слой обладает проводимостью р-типа), а т не зависит от Пр и от координаты. Данное приближение, по-видимому, допустимо для квазинейтральных областей большинства рассматриваемых систем при освещении в условиях, близких к АМО, если т представляет собой эффективное время жизни носителей, измеренное при аналогичных значениях концентрации носителей, облученности и температуры.

При высоком уровне облученности условие Рр> ПрЪ обедненном слое не выполняется, и обьемную скорость рекомбинации следует определять, используя соотношение Шокли-Рида, записанное в общем виде. В этом случае скорость рекомбинации носителей в обедненном слое, сложным образом зависящая от жергетических параметров рекомбинационных центров, а также от положетия квазиуровней Ферми для электронов и дырок, обычно достигает максимального знача1ия, когда квазиуровень Ферми для электронов приближается к уровню химического потенциала Ei в собственном полупроводнике. Данный подход наиболее уместен при анализе солнечных элементов на основе полупроводников с прямыми оптическими переходами, в которых доля света, поглощенного в обедненном слое, может оказаться весьма существенной.

Плотность полного рекомбинационного тока определяется путем интегрирования скорости рекомбинации в пределах, соответствующих границам области перехода:

Jr=fqU{x)dx. (1.29)

Благодаря тому, что скорость рекомбинации резко изменяется (достигая максимума) в довольно узкой области обедненного слоя, можно принять некоторые упрощения, например заменить U(x) ее максимальным значением в интервале х <х <Хр и вместо интегрирования выполнять простое умножение.

Граничное условие на краю обедненного слоя. При выборе граничного условия мы предполагали, что все фотогенерированные носители, достигшие обедненного слоя, уносятся полем перехода, в результате чего на границе поддерживается концентрация неосновных носителей, равная их темновой равновесной концентрации. Это допущение удобно для расчетов,

одаако мы интуитивно понимаем, что оно несправедливо. Действительно, концентрация неосновных носителей при х =Хр должна в некоторой степени зависеть от свойств [д, 2 (х)] обедненного слоя, через который они переносятся, а обедненный слой не может быть идеальным стоком для носителей заряда, как это предполагалось ранее. Если допустить, что скорость перемещения фотогенерированных носителей в области перехода, содержащей сильное электрическое поле, ограничена скоростью Vj/, определяемой процессом рассеяния, то минимальная концентрация носителей в обедненном слое, равная Ji l{qvsi), существенно выше ее темпового равновесного значения в большей части обедненного слоя. Например, в GaAs ц начинает насыщаться при 5 ~ 2-10 В/см и значение Vj/ составляет ~ 10 см/с. При этих условиях распределение концентрации носителей в структурах с р-и-переходом можно приближенно представить кривой показанной на рис. 1.8. В гомогенных переходах, создаваемых в кремнии, минимальная концентрация носителей, определяемая исходя из значения Vj/, намного меньше концентрации фотогенерированных носителей, следовательно, эффект ограничения скорости носител! заряда не играет важной роли, и с достаточной степенью точности можно полагать, что Пр -Пр при х = Хр. Однако в материалах с прямыми оптическими переходами, имеющих, как правило, значительно меньшее время жизни носителей, максимальная концентрация фотогенерированных носителей в обедненном слое существенно ниже, и влияние рассматриваемого эффекта на концентрацию оказывается более сильным. Если при расчете концентрации электронов в обедненном слое предположить, что их скорость составляет Vj/, то коэффициент, определяющий уменьшение Ji, приблизительно равен (1 - Ai/(L Vgi)), где В я1 - параметры носителей в квазинейтральной области. Таким способом вычисляется значение наименьшего возможного снижения J, которое составляет около 2% для выбранного в качестве примера (см. рис. 1.8) перехода в CdTe при условии, что 1 = 1 мкм, а Vj/ = 1,3 10 см/с.

Диффузия горячих носителей в обедненном слое. Если учесть, что при протекании фототока неосновные носители заряда в обедненном сдое находятся в неравновесном состоянии, то определение их концентрации

в области перехода усложнится в еще большей степени. Избыточные носители заряда, разогреваемые полем перехода, переходят затем в состояние равновесия с носителями, находящимися по другую сторону обедненного слоя. Равновесие достигается после того, как электроны преодо-

Рис. 1.8. Расчетные кривые пространственного распределения концентрации Пр-Иро носителей заряда в элементе с р-и-переходом в CdTe при отсутствии внешнего напряжения с учетом (7) и без учета (2) эффекта ограничения скорости носителей (граничное условие Пр = Про

при X = Хр)

1,0 о,е о,е 0,1* о,г о -о,г-о,1*

х,мкм

Обедненной спой -Н К

леют расстояние, равное нескольким значениям их средней длины свободного пробега. При средней длине свободного пробега около 0,02 мкм оно может составлять существенную долю ширины обедненного слоя. Термализация горячих носителей заряда в обедненном слое, являющаяся основным и при этом неустранимым механизмом потерь энергии в солнечных элеметтах, вызьшает снижение выходной мощности на значение 1 - iYmlVa) 20%, где Vm - напряжение, соответствующее максимальной мощности, и - диффузионный потенциал в области перехода .

Процесс диффузии горячих злектронов в поле перехода рассмотрен в работах [Seeger, 1973; Stratton, 1962, 1969; Persky, Bartelink, 1970]. Обычно используется так называемое диффузионное приближение функции распределения электронов [например, f = U~Tmz(?/ *)(Э/о/9Vz), где Тт - время релаксации; и б г - составляющие скорости и напряженности электрического поля по оси г]. Можно применять также и больцмановскую функцию распределения электронов /о ~ ~ ехр(-тр/(2Ге)), где Tg - электронная температура, превышающая температуру решетки. Для переходов с электрическим полем напряженностью около 10* В/см были предсказаны теоретически [Sigmon, Gubbons, 1969] и измерены экспериментально [Davies, 1964] значения эквивалентной температуры Tg ~ 10 К. Наличие сильных полей приводит к следующим эффектам:

1) соотношение Эйнштейна в его обычном виде (D = кТ\х1щ) не вьшол-няется;

2) скорость носителей, насыщаясь, приближается к их максимально возможной тепловой скорости в сильном поле;

3) вольт-амперная характеристика несколько измамется, и для ее описания необходимо ввести электронную температуру Г, которая является функцией электронного тока [Seeger, 1973; Ргос, Int. Conf, 1978].

Проведенный анализ показьгаает, что в темновых условиях при прямом напряжетии смещения носители заряда в обедненном слое могут находиться в неравновесном состоянии, при наличии же освещения равновесие заведомо не устанавливается. Принцип суперпозиции, использованный в предыдущих расчетах, строго говоря, несправедлив, хотя его применаше позволяет получать удовлетворительные результаты [Lind-holm е. а., 1976].

Несмотря на отмеченное усложнение модели, условие Ир = Иро xexp(7F/(*7)) при х =Хр, справедливое при допущениях, принятых при выводе диодной теории Шокли, во многих случаях сохраняет силу, что подтверждается экспериментальными результатами.

qVj = Eg - dfi - бр, где Eg - ширина за11реща1ной зоны материала поглощающего слоя; 5 и бр - разности энергий между уровнями Ферми и краями зоны проводимости и валопной зоны в квазинейтральных областях соответствшно п- и р-типов проводимости.

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.