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

кансий), образующихся при наличии адсорбированных атомов металла или кислорода.

2. Характерные поверхностные свойства ковалентных полупроводников, в частности изгиб зон, устанавливаются при наличии покрытия, состоящего из атомов металла или кислорода, толщиной менее 0,1 монослоя и слабо изменяются при увеличении его толщины.

3. В некоторых типах систем металл-полупроводник (таких, как Аи - InP, Au - GaSb) происходит разложение полупроводникового материала в пределах нескольких поверхностных мономолекулярных слоев. В отдельных случаях одна из составляющих полупроводникового соединения (эквивалентная нескольким монослоям) распределяется по поверхности осаждаемого металла (например, в структуре Аи-и-GaSb сурьма вьщеляется на поверхности Аи). В других случаях они проникают внутрь металлического покрытия на глубину, соответствующую боль-щому количеству моноспоев.

4. Изгиб зон и разложение данных полупроводниковых соединений III-V групп в первом приближении, вероятно, не зависят от вида адсорбированных атомов. Следствием этого является отсутствие зависимости

(в определенных пределах) от степени чистоты и соверщенства любых, но почти идеально соверщенных сверхчистых поверхностей. Этот вьшод подтверждается опубликованными в литературе данными по высоте барьера.

Из-за отсутствия возможности более подробного рассмотрения данного вопроса здесь представлены результаты, характеризующие в основном одно из направлений исследований. Разумеется, их общий объем достаточно велик, и, кроме того, возможен другой подход к интерпретации получаемых результатов, что отражено в трудах конференций по физике поверхности полупроводниковых соединений (PCSI) .

Среди исследований, имеющих важное значение для разработок фотоэлектрических приборов, можно отметить изучение химической активности компонентов и перераспределения заряда на границе раздела металл-полупроводник [Brillson, 1978, 1979], а также влияния вида анионной составляющей полупроводникового соединения на свойства барьера Шоттки при использовании химически инертных металлов [McCaldin е. а., 1976].

Полупроводниковые материалы, применяемые в солнечных элементах, можно разделить в соответствии с представленными данными на две следующие группы.

1. Ионные материалы с 5 1, поверхностные свойства которых легко модифицировать. К сожалению, среди этих материалов нет известных полупроводников с соответствующей щириной запрещенной зоны, которые подходили бы для создания поглощающих слоев.

2. Ковалентные слабополярные материалы с 5 О, поверхностные свойства которых плохо модифицируются (с низкой воспроизводимостью

Сверхчистые поверхности полупроводников IV группы периодической системы содержат собственные состояния в середине запрещенной зоны.

Труды этих конференций публикуются в периодическом издании Journal of Vacuum Science and Technology.

результатов) или вообще не изменяются. В эту группу входят, вероятно, все материалы, которые можно применять в качестве поглощающих слоев.

Далее полученные результаты позволяют предположить, что независимо от способа изготовления солнечных элементов в большинстве случаев свойства поверхности ковалентных соединений предопределены задолго до нанесения металлического или какого-либо другого покрытия. Поэтому преднамеренное изменение поверхностных свойств требует применения или специальных примесей для легирования границы раздела (которые, будучи чрезвычайно активными по отношению к модифицируемой поверхности, должны вытеснить находящиеся на ней другие вещества), или активных легирующих примесей, вводимых в пленку непосредственно в процессе ее роста. Специально создаваемые дефекты должны обладать очень высокой стабильностью. Примером подобного легирования поверхностей раздела в ковалентных материалах служит введение атомов Н в область границ зерен в Si [Seager, Ginley, 1980]. Другой пример - использование Ru с целью снижения скорости рекомбинации (без увеличения высоты барьера) в солнечных элементах с барьером Шоттки на основе n-GaAs [Nelson е. а., 1980].

2.6.4. Приборы со структурой металл-диэлектрик-полупроводник

В большинстве приборов с барьером Шоттки между слоями металла и полупроводника содержится по меньшей мере несколько атомных слоев какого-либо оксида, слзп1айно образовавшегося до создания прибора или в процессе его изготовления. Установлено, что в результате преднамеренного создания (при тщательном контроле условий роста) диэлектрического слоя (обычно оксидного) на границе раздела металл-полупроводник значительно повышается Voc- Поэтому изучение МДП-структур представляет особый интерес.

Наличие диэлектрического слоя приводит к нескольким эффектам: во-первых, между металлом и полупроводником образуется пассивный диэлектрический зазор, снижающий Ф,; во-вторых, перенос носителей заряда может быть ограничен процессом их туннелирования через слой диэлектрика, вследствие чего определенному напряжению смещения соответствует меньший ток; в-третьих, поскольку часть приложенного напряжения падает в слое диэлектрика, высота барьера изменяется, что приводит к получению значений диодного коэффициента А больше еди-

Исключая введение промежуточного диэлектрического слоя, что обсуждается в следующем параграфе.

Слой естественного оксида формируется при комнатной температуре на поверхности различных полупроводников: In? - непосредственно после химического травления, толщина слоя б = 1-f2 нм [Wager, Wilmsen, 1980]; Si - после травления в 20%-ной HF и резкого охлаждения в изопропаноле, 5 быстро достигает 1 нм, через час при комнатной температуре б = 1,2 нм, после выдержки в течение одной недели окончательная толщина 5 2 нм [Card, Rhoderick, 1971 ]; GaAs - после травления в бромметаноле, б = 1,8-2 нм [Stirn, Yeh, 1977]. 100

иицы; в-четвертых, под влиянием заряда, содержащегося внутри слоя диэлектрика или на границе раздела диэлектрик-полупроводник эффективная высота барьера Ф, может возрастать или уменьшаться в зависимости от знака этого заряда.

В структурах с барьером Шоттки, у которых диэлектрический слой отсутствует, темновой диодный ток обусловлен в основном термоэмиссией основных носителей заряда, проходящих над барьером. Наблюдаются также и более слабые эффекты, связанные с туннелированием основных носителей через верхнюю часть барьера и (или) их рекомбинацией в обедненном слое, которыми в большинстве солнечных элементов можно пренебречь. Кроме того, имеется поток неосновных носителей заряда, инжектируемых из металла в полупроводник, однако он существенно меньше потока основных носителей.

Выражение для Voc в приборе с обычным барьером Шоттки, в котором протекание тока обусловлено термоэлектронной эмиссией, имеет вид

VocФb+(AkT/q)\n(Jscl(A*T)), (2.76)

где А - диодный коэффициент (в наиболее простом случае А = 1); Ф, -высота барьера; А* - модифицированная постоянная Ричардсона с учетом соответствующей эффективной массы носителей заряда.

В диодах с МДП-структурой плотность темнового тока /д представляет собой сумму четырех составляющих /д = Jj + Jrg + + Л, связанных соответственно с термоэлектронной эмиссией, рекомбинационно-генерационным процессом в обедненном слое, инжекцией и диффузией носителей заряда в квазинейтральной области и их рекомбинацией на границе раздела диэлектрик -полупроводник (рис. 2.40). Благодаря дополнительному промежуточному диэлектрическому слою плотность тока основных носителей заряда может уменьшиться до значения, сравнимого с составляющими Jrg и Jj для неосновных носителей, что приведет к значительному повышению Voc.

Поскольку фотогенерированные неосновные носители заряда также должны туннелировать через этот слой, высокий коэффициент собирание может быть получен при толщине слоя, не превышающей 2-3 нм. Выражение (2.76) справедливо для приборов с МДП-структурой, в которых протекание тока связано с основными носителями заряда, при внесении соответствующих поправок в значения Ф, и А, г также при условии, что слой диэлектрика имеет достаточно малую толщину, при которой возможно туннелирование носителей.

Из уравнения (2.76) следует, что значение Кос можно повысить, увеличивая Ф;, или А за счет эффектов, создаваемых диэлектрическим слоем.

Предложен ряд теоретических моделей приборов с МДП-структурой (рис. 2.41), особенности которых кратко здесь перечислены.

1. Зависимости А рассчитаны с помощью модели Card, Rhoderick, 1971] от толщины 5 слоя диэлектрика, ширины обедненного слоя и плотности заряда Qss на поверхностных состояниях. Согласно этой модели, при 5 = 1-гЗ нм и наличии равновесия между поверхностными состояниями и полупроводником А возрастает при увеличении 5 и Qss- При

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.