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

Из (2.40) следует, что А Ее никоим образом не сказывается на протекании тока, если F я , + , что является условием отсутствия разрыва зон. Модель Андерсона дает правильное представление о форме энергетических зон в области перехода, однако в большинстве случаев рассчитанные с ее помощью вольт-амперные характеристики существенно отличаются от измеренных как в качественном, так и в количественном отношении. Экспериментальные значения /о, определяемые путем экстраполяции кривой Ig/ от F к точке F = О, как правило, намного выше предсказанных.

Так, в гетеропереходе Ge-GaAs [Riben, Feucht, 1966а] /о на шесть порядков выше теоретического значения при температуре 300 К. Кроме того, наклон экспериментальной зависимости lg/(F) при небольших значениях прямого напряжения смещения не меняется при вариациях температуры, тогда как в рассматривавшемся диапазоне согласно (2.40) он изменяется в 4 раза. Значения А Ее и АЕу, измеряемые емкостным и другими методами, не всегда совпадают с расчетными, найденными с использованием опубликованных данных по энергии сродства к электрону Х- Эти и ряд других причин потребовали создания усовершенствованной модели Андерсона, которая будет рассмотрена в последующих разделах.

Экспериментальные вольт-амперные характеристики большинства гетеропереходов описывают каким-либо одним из нескольких общих уравнений. Многие характеристики удовлетворяют уравнению

J=Jooexp(-AE/ikT))[exp(qV/(AkT)) - 1]. (2.41)

Здесь /оо и у1 могут быть медленно меняющимися функциями Т и V, а АЕ представляет собой измеренное значение энергии активации, для нахождения которого зависимость lg/(F) экстраполируют к нулевому напряжению смещения. Уравнение вольт-амперной характеристики может быть записано и в другом более общем виде

/ = /оо{ехр [-q(% - ШАкТ)] - l} , (2.42)

где Ф, - + bfi/q. Для большинства гетеропереходов наклон зависимости Ig/ от V почти не меняется при вариациях *емпературы, и поэтому выражения (2.41) и (2.42) для этих переходов несправедливы. Для их описания во многих случаях можно использовать уравнение

/ = /оо exp(/Зr)exp(-aФг,)exp(aF), (2.43)

где а и /3 почти не зависят от температуры. Обычно у кривых IgJ(V) имеются отчетливо выраженные области с различным наклоном. Уравнение (2.43) справедливо в том случае, когда протекание тока обусловлено термически активированным туннелированием носителей заряда.

Следует отметить, что при рассмотрении солнечных элементов наиболее важна информация о довольно узкой области вольт-амперной характеристики вблизи Voc- Таким образом, эмпирические соотношения (2.41) или (2.43) достаточно точно описывают характеристики перехода. Однако изучение механизмов переноса носителей заряда через переход требует анализа характеристик в как можно более пшроком диапазоне.

2.3.2. Сродство к электрону и разрывы энергетических зон

Согласно модели Андерсона, появление разрывов краев энергетических зон зависит от соотношения между энергиями сродства к электрону и значениями ширины запрешенной зоны материалов, образующих гетеропереход. Наличие разрывов можно установить экспериментально [Riben, Feucht, 1966а; Anderson, 1960], однако их значение и непосредственную взаимосвязь с энергией сродства к электрону определить точно не удается из-за влияния поверхностных эффектов. Барьер Шоттки является наиболее простым примером такого разрыва.

2.3.3. Справедливость модели резкого перехода

Модель Андерсона основана на предположении о наличии идеального резкого металлургического перехода, однако в большинстве случаев переходы формируют при довольно высоких температурах, когда возможна взаимная диффузия компонентов полупроводниковых материалов и образование твердых растворов. Установлено [Oldham, Milnes, 1963; Cheung е. а., 1975], что уже при ишрине области переменного состава около 10 нм пик в зоне проводимости сглаживается и понижается на-

-0,5 -0,t -0,3 -0,2 -0,1 О 0,1 0,2 Расстояние z, мкм

0,3 0,к- 0,5

Рис. 2.16. Форма края зоны проводимости в гетеропереходе р-GaAs - n-KoiGofi при различной ширине I области переменного состава:

i - / =0;2-/ = 10нм; i-/ = 20HM; 4 - / = 30 нм; 5 - / = 60 нм; б-/ = 100нм; 7 - I = 150 нм; сплошные линии соответствуют упрощенной модели, точки - обобщенной модели перехода с варизонной структурой, для которой значения больше обычных [Cheung D., Ph. D./California, Stanford. Thesis, 1975]

СТОЛЬКО, что не препятствует протеканию тока. Результаты расчета зонной диаграммы приведены на рис. 2.16. Процессы фотогенерации и переноса носителей заряда в тонких гетеропереходах рассмотрены Хинкли и другими [Hinkley, Rediker, 1967; Womac, Rediker, 1972]. Изучалось также [Van Ruyven, 1972] влияние нарзтиения периодичности потенциала при наличии узких областей (шириной 0,5-5 нм) резкого изменения ширины запрещенной зоны на волновую функцию электрона. 64

2.4. УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ МОДЕЛИ ГЕТЕРОПЕРЕХОДА

Изменения энергетической зонной диаграммы гетероперехода в процессе усовершенствования модели Андерсона при наличии электрически заряженных состояний и диполей на границе раздела показаны на рис. 2.17. Эти изменения, а также учет различных механизмов туннелирования носителей обеспечивают лучшее соответствие теоретических и экспериментальных результатов.

2.4.1. Физическая природа энергетических состояний на границе раздела

Причиной появления энергетических уровней вблизи границы раздела является несовершенство структуры, связанное с несоответствием параметров кристаллических решеток материалов, образуюцдах гетеропереход, и наличием примесей или дефектов, введенных в процессе изготовления, которые могут находиться в электрически активном или нейтральном состоянии.

Следствием этого является появление большого количества периодически расположенных дефектов, представляющих собой ненасыщенные связи (рис. 2.18). При этом на границе раздела в идеальном случае образуется регулярная сетка краевых дислокаций (как это показано на рис. 2.19), а ядро каждой дислокации окружено областью, в которой действуют механические напряжения. Плотность ненасыщенных связей (соответствующая единице площади поверхности) в общем виде можно представить как

(2.44)

Здесь С12 1 - постоянная, точное значение которой определяется типами структур кристаллических решеток обоих материалов и их взаимной ориентацией; aj и - параметры этих решеток. Подовые ненасыщенные связи сами могут являться электрически активными дефектами, но могут служить также и центрами сегрегации примесей. Экспери-

уас

Рис. 2.17. Энергетические зонные диаграммы трех моделей р-л-гетеропереходов: а - без энергетических состояний н диполей на границе раздела (модель Андерсона) ; б - при наличия заряженных состояний; в - при наличии диполей; во всех случаях концентрации легирующих примесей в объеме полупроводников одинаковы; при изменении полярности поверхностных состояний н диполей образуются энергетические профили другого типа

5 - Зак. 609 65

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.