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

Продолжение табл. 6.1

Wu С, Bube R. Н. J. Appl. Phys., 1974, vol. 45.

Kazmerski L. L., Berry W. В., AUen C. W. J. Appl. Phys., 1972, vol. 43.

Kazmerski L. L., Juang Y. J. J. Vac. Sci. Technol., 1977, vol. 14.

MitcheU K. W., Fahrenbruch A. L., Bube R. H. J. Vac. Sci. Technol., 1975, vol. 12. Baccarani G., Ricco В., Spadini G. J. Appl. Phys., 1978, vol. 49. cm. рис. 6.17.

Green J. E., Wickersham C. E. J. Appl. Phys., 1976, vol. 47.

Yang J. J. J., Dapkus P. D., Dapkus R. D. e. a. J. Appl. Phys., 1980, vol. 51.

зерен и интенсиъности освещения. Вследствие этого при определении следует учитьшать кинетику рекомбинации. Согласно одной из моделей [Card, Yang, 1977] захват носителей заряда при освещении увеличивает скорость поверхностной рекомбинации иа межзеренной границе, что приводит, как правило, к значительному снижению высоты потенциального рьера. Например, в материале проводимости и-типа при заполнении ловушек на границе зерна они заряжаются отрицательно.

При освещении неосновные носители (дырки) притягиваются к границам электрическими полями, существующими в обедненной области, нейтрализуют ловушки и тем самым значительно понижают высоту потенциального барьера, при этом дополнительно повышается концентрация свободных электронов. Высота потенциального барьера при Л*;, = = 10 см и Njj = 10* см снижается примерно с 0,5 до 0,07 эВ соответственно в темноте и при интенсивности освещения, эквивалентной однократной солнечной облученности [Card, Yang, 1977]. Установлено, что потенциальные барьеры на границе зерен перестают влиять на проводимость поликристаллических образцов и-Si при освещении, эквивалентном однократной солнечной облученности.

Перечень значений потенциальных барьеров для наиболее распространенных полупроводниковых материалов приведен в табл. 6.1.

Потенциальные профили на границах раздела могут быть непосредственно определены с помощью механических потенциальных ультрамикро-зондов, а косвенным образом - исходя из емкостных измерений или регистрации наведенных токов. Один из интересных бесконтактных методов определения потенциала - измерение абсолютного сдвига энергетического положения Оже-пика примеси (углерода) на поверхности [Cohen е. а., 1979]. Этим методом установлен потенциальный профиль на межзеренной границе в бикристалле GaAs.

6.2.3. Электропроводность поликристаллических материалов

Межкристаллитные потенциальные барьеры являются препятствием для прохождения носителей заряда в поликристаллйческих слоях и в ряде случаев значительно снижают подвижность носителей по сравнению с монокристаллическими материалами. В пленках, толщина которых сравнима с размером зерен, межзеренные потенциальные барьеры оказывают более существенное влияние на проводимость в плоскости, параллельной пленке, чем поперек нее. Если тонкая пленка, входящая в состав гетеропере-хощюго солнечного злемента, покрыта проводящим слоем и, следова-

15 -Зак. 609 2?5

тельно, электрический ток может проходить поперек нее вдоль столбчатых кристаллитов, поликристалличность в этом случае не играет существенной роли. Однако если линии собираемого тока проходят вдоль пленки, вклад межэеренных барьеров в последовательное сопротивление солнечного элемента становится весьма существенным.

Даже когда высота потенциального барьера на границе зерен практически равна нулю (как, например, на границе когерентных двойников), такая граница тем не менее может оказаться диффузно рассеивающей поверхностью. Для невырожденного полупроводника справедлива следующая упрощенная модель. Если длина свободного пробега носителей заряда между столкновениями с границами зерен равна 7 тогда время между ними составляет примерно т = 7/1, где v = {2кТ/т*У. Поскольку 1Л = qr/m*, то в итоге для подвижности носителей заряда получается выражение

H = qyli2kTm*)4\ (6.6)

Таким образом, подвижность должна зависеть от температуры по закону ~7 *. При 7 =0,1 мкм и т* = 0,1 w иэ (6.6) следует, что ц = = 5800 см/(В-с). Таким образом, при средних размерах зерен их границы с нулевым потенциальным барьером практически не влияют на проводимость.

Однако в большинстве поликристаллических материалов потенциальные барьеры на межзеренных границах достаточно велики и оказывают существенное, а во многих случаях доминирующее влияние на перенос носителей заряда. В качестве иллюстрации будет рассмотрен перенос носителей заряда вдоль пленки с поперечными межзеренными границами. При этом предположим, что: 1) обедненная область не захватывает целиком зерна; 2) рассеянием в этой области можно пренебречь (приближение Бете в диодной теории Шоттки); 3) перенос заряда вдоль межзеренных границ можно не учитывать, и задача поэтому сводится к одномерному случаю; 4) значение остается постоянным при подаче внешнего смещения. Падение напряжения Д V на каждом зерне определяется иэ соотношения

AV = AV + Jpg{y-2Wd),

где pg = l/{qnng) - удельное объемное сопротивление зерна (рис. 6.6). Падение напряжения на всей пленке (длина которой у)

V= S ДК= 2 [AV+Jpg (7- 2Hd)] =mAV + Jpgy[\ - 2Wdh] ,

где m = у/у - число зерен вдоль пленки. Если ввести понятие об эффективной подвижности носителей fXgff в пленке, то выражение для падения напряжения на всей пленке можно переписать в виде

V = Jy/(qnticff} =yAV/(y)+Jyll -~2Wjh]/iqnpg), (6.7)

В любом реальном поли кристаллическом материале необходимо учитывать проводимость вдоль межзеренных границ, и проблема сводится уже к решению двумерной илн трехмерной задачи Blount с. а.. 1970;Gliosh е, а.. 1980а. 226

Рис. 6.6. Одномерная зонная ~2Иа Pg(y-2Wi]

энергетическая модель по- [* д /

ликристаллического материала при подаче на него внешнего электрического смещения. Показан случай, когда большая часть падения напряжения Д К на отдельной межкристаллитной границе приходится на об-ратносмещенную (левую) сторону каждого барьера

и, следовательно,

Mf= ..))+ [1 (6-8)

При анализе падения напряжения Д К на межзеренной границе используют диаметрально противоположные модели. В первой из них плотность поверхностных состояний N*fj не изменяется при приложении относительно небольших напряжений смещения, а во второй предполагаемое увеличение с ростом внешнего напряжения, при котором высота потенциального барьера остается фиксированной вблизи значения, соответствует нулевому смещению, вплоть до невысоких значений напряжений. При малом падении напряжения (AVkT/q) на каждой отдельной межзеренной границе обе модели дают одинаковые результаты. Этому случаю отвечает режим работы высокоэффективного солнечного элемента с очень низким последовательным сопротивлением. Ввиду информативной ценности исследований проводимости через межзеренную границу при более вьюоких напряжениях далее будут кратко рассмотрены обе модели.

Модель, предполагающая постоянство Njb- Если плотность заполненных зарядом поверхностных состояний не зависит от приложенного напряжения, из условия сохранения заряда следует, что падение напряжения V является суммой К, и по обе стороны потенциального меж-зеренного барьера, причем

2=4Kd{l-[l-(K,/Kd)l /2}- К,. (6.9)

При V >4Vd барьер полностью пропадает (Ki = Vd, условие плоских зон); Peff определяется в этом случае подвижностью носителей заряда внутри зерна. При внешних напряжениях, соответствующих условию VilVd < 0,4; Vi Vi - К/2, и учитывая термо эмиссионный механизм прохождения носителей заряда через барьер, получим вольт-амперную характеристику межзеренной границы в виде [Taylor е. а., 1952; Tarng, 1978; Korsh, Muller, 1978]

J=A*Tехр(-дФ1,/(кТ)) [2 sin hiqVKlkT))]. (6.10)

При вьшоде этого выражения сделано предположение, что носители заряда проходят через границу без рассеяния и, в частности, не вступают в равновесное взаимодействие с поверхностными состояниями на меж-

15. 227

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.