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

Глава 2

ЭЛЕКТРОННО-ДЫЮЧНЫЕ ПЕРЕХОДЫ 2.1. ВВЕДЕНИЕ

В предыдущей главе были получены соогаошения для расчета фототока в различных 1делях солнечных элементов. При вычислении КПД преобразования солнечной энергии щ вЪзникает еще один важный вопрос - определение вольт-амперной характеристики вьшрямляющего перехода, с помощью которой находится рабочее напряжение элемента.

В данной главе рассмотрены основные типы систем с гомогенным переходом (образующимся между областями п- и р-типов проводимости одного и того же полупроводникового материала), гетерогенным переходом и гетероструктурой (у которых переход расположен на границе раздела двух различных полупроводниковых материалов) и приборы на основе переходов других типов, а именно: со структурой металл-полупроводник (барьер Шоттки), а также металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) и полупроводник-диэлектрик-полупроводник (ПДП), в состав которых входит промежуточный слой диэлектрика. Эта глава не является исчерпывающим курсом по теории приборов с электронно-дырочным переходом. В ней изложено, скорее, введение в такой курс и представлен обзор по основным вопросам, связанным с принципом действия солнечных элементов.

Здесь представлен общий обзор механизмов протекания тока в приборах с электронно-дырочным переходом. Подробно рассмотрен процесс переноса зарядов только электронами, поскольку для дырок может быть вьшолнен аналогичный анализ. Если к переходу приложено прямое напряжение смещения (рис. 2.1), то электроны из л-области (по отношению к которой они являются основными носителями) инжектируются через

Квазинейт- OSed- Квазинейтральная ненная ральная область область область

Инжекция з/гектронов

Омический контакт

Рис. 2.1. Энергетическая зонная диаграмма гомогенного перехода Шокли при прямом напряжении смещения V и отсутствии освещения

обедненный слоив квазинейтральную область* проводимости р-типа. Здесь электроны (уже как неосновные носители) рекомбинируют с дырками. В то же время из внешней цепи через омический контакт в робласть поступает поток дырок.

в результате чего электрическая цепь оказьтается замкнутой. Ток, проходящий через злемент, в общем виде может быть представлен как

/ = */; Uix,V)dx,

(2.1)

где q - заряд электрона, взятый с положительным знаком; U(x, V) -скорость рекомбинации носителей, а пределы интегрирования хр и х представляют собой координаты внешних поверхностей прибора. Для нахождения U(х, V) необходимо знать зависимость концентрации носителей от X и напряжения смещения V.

В диоде Шокли с гомогенным переходом протекание тока обусловлено поступлением неосновных носителей заряда в квазинейтральную область за счет диффузии, и их последующей рекомбинацией и влиянием обедненного слоя на процесс переноса носителей можно пренебречь. Полагают, что обедненный слой совершенно прозрачен для инжектируемых электронов, причем при х = Хр vix=x злектроны находятся в состоянии теплового равновесия с носителями заряда в каждой из энергетических зон. Вывод соотношения для электронного тока на границе обедненного слоя {х =Хр) требует решения уравнения переноса (1.16) для квазинейтральной области р-типа при соответствующих граничных условиях. Поскольку зтот ток должен быть равен полному току электронов, инжектируемых в квазинейтральную область р-типа, то интеграл в уравнении (2.1), таким образом, уже найден. Аналогичные приемы применяются и при рассмотрении инжекции дырок в квазинейтральную область л-типа. Если значения толщины квазинейтральных областей не во много раз больше диффузионной длины неосновных носителей заряда, то при нахождении полного рекомбинационного тока необходимо учитывать рекомбинацию на внешних поверхностях прибора (дср w. х ), например

Принимается допущение, что в квазинейтральной области (в данном случае области с координатами х <.х <хр) изгиб энергетических зон н, следовательно, электрическое поле пренебрежимо малы и суммарный электрический заряд равен нулю.

посредством выбора соответствующих граничных условий при решении уравнений переноса для квазинейтральных областей.

Когда рекомбинация носителей заряда в обедненном слое оказывает существенное влияние на ток в области перехода, то допущение, обычно испо1П)Зуемое при определении зависимости U{х, V) от напряжения смещения, заключается в том, что диффузионной составляющей тока в обедненном слое пренебрегают. В этом случае в любой точке такого слоя и (х, V) является функцией лишь концентрации носителей и их времени жизни. Интегрирование уравнения (2.1) по всей толщине обедненного слоя (Хр <х <.х ) позволяет определить соответств)тощуи) этому слою составляющую рекомбинационного тока диода. Для нахождения полного тока, протекающего через элемент, зту составляющую необходимо суммировать с токами в квазинейтральных областях.

В гетеропереходах почти всегда наблюдается значительный рекомбина-ционный ток через энергетические состояния, расположенные на границе раздела двух полупроводников. Его также необходимо учитывать при интегрировании (2.1), например, путем введения эффективной скорости рекомбинации на поверхности раздела. В некоторых случаях (при очень малой толщине обедненного слоя) часть носителей заряда принимает участие в совместном процессе туннелирования и рекомбинации, который может оказаться даже преобладающим в области границы раздела. Существование туннельного тока сказывается на форме вольт-амперной характеристики диода и, в частности, обусловливает специфические особенности поведения характеристики при вариациях температуры.

2.2. ГОМОГЕННЫЕ ПЕРЕХОДЫ

Теоретический аналю свойств переходов, образующихся между л- и р-областями одного и того же материала, оказывается наиболее простым, благодаря чему теория гомогенных переходов разработана довольно подробно. Подобные переходы создают, как правило, посредством перекомпенсации легированного монокристалла при введении в него диффузионным методом легирующей примеси, обеспечивающей проводимость противоположного типа. Так, при диффузии фосфора в легированный бором кремний р-типа образуется тонкий слой материала проводимости л-типа.

В перв)то очередь мы рассмотрим явления на границе раздела л- и р-областей и свойства идеального резкого перехода. Для определения зависимости темпового тока в области перехода от напряжения смещения в элементах с базой полубесконечной и конечной толщины будет использовано уравнение переноса. Затем мы получим соотношение для дополнительного тока, протекающего через переход при наличии в обедненном слое рекомбинационно-генерационных процессов. Уточнив некоторые теоретические положения (постоянство квазиуровней Ферми внутри обедненного слоя и фюический смысл диодного коэффициента А), мы завершим данный параграф кратким обсуждением специфических моделей приборов с изотипным барьером, а также с электрическим полем вблизи тыльной и фронтальной поверхностей.

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.