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

Рис. 2.40. Схема направлений различных составляющих тока в МДП-структуре на основеp-Si при прямом смещении

Рис. 2.41. Энергетическая зонная диаграл.ма освещенного солнечного элемента с МДП-структурой:

приложенное напряжение распределено между промежуточным диэлектрическим слоем (Vj) и полупроводником (Kj); А - падение напряжения на диэлектрике при отсутствии смещения; Qj - плотность полного заряда на поверхности металла; Qj - о&ьемная плотность заряда, захваченного слоем диэлектрика; Фо -потенциал, характеризующий распределение состояний на границе раздела

определенных значениях параметров изменение А может сопровождаться небольшими вариациями Ф, (и, следовательно, /о) - Это предоставляет возможность повысить Voc путем выбора соответствующих значений 6 и Qss- Эта модель не противоречит экспериментальным данным, полученным авторами.

2. Согласно [Pulfrey, 1976], Ф, увеличивается при накоплении заряда 2/ в слое диэлектрика.

3. Возрастание диодного коэффициента А является следствием увеличения толщины слоя диэлектрика [Lillington, Townsend, 1976].

4. При введении в (2.76) дополнительного члена, содержащего коэффициент прозрачности барьера для туннелирующих носителей заряда, возможно [Card, Yang, 1976] повышение Voc за счет увеличения толщины оксидного слоя примерно до 3 нм, свыше которой процесс туннелирования становится механизмом, ограничивающим фототок.

5. Показано теоретически [Fonash, 1975 а, 1976], что наличие неподвижного заряда в слое диэлектрика вызывает уменьшение эффективной работы выхода металла и повышение значения 4.

Согласно экспериментальным да1шым [St. Pierre е. а., 1976] при использовании различных методов получения оксидного слоя на кремнии Ф, изменяется от 0,93 до 0,8 эВ, а соответствующие значения А заключены в пределах от 1,2 до 1,7. 102

Многочисленные теоретические исследования посвящены МДП-струк-турам [Landsberg, Klimpke, 1977, 1978; McQuat, Pulfrey, 1976; Kar, 1977; Viktorovitch, Kamarinos, 1977; Green e. a., 1974], a также опубликован обзор [Pulfrey, 1978] результатов, связанных с теорией и практикой создания солнечных злементов с МДПч:труктурой. Вьшолнено интересное сравнение [Ghosh е.а., 1978] теоретических моделей солнечных элементов с гетеропереходом, барьером Шоттки и МДП-структурой на основе SnOz - и-Si.

Высказано предположение [Fonash, 1975a,b, 1976, 1977; Fonash е. а., 1978] о существовании нескольких основных механизмов, обеспечивающих повышение Vqc- Соответствующая энергетическая зонная диаграмма МДП-структуры изображена на рис. 2.41. При освещении структуры генерируется напряжение V, одна часть которого Fj приходится на полупроводник, а другая К,- - на слой диэлектрика. Если предположить, что единственное отличие данной структуры от идеального перехода металл-полупроводник состоит в наличии на границе раздела диэлектрического слоя, то высота барьера Ф, = Ф, - Ху/ Я - А, а плотность полного тока в освещенном приборе записывается в виде

J=JeA**Texp(-qФl,Kkmexv(qVJ(kГ))-exp(-qViKkD)] +

+ (3-p oD fL )[exp(qVl(kr)) 1] - Г/,/.. (2.77)

Первая составляющая характеризует термоэмиссионный механизм переноса основных носителей заряда с учетом вероятности их туннелирования через слой диэлектрика. Вторая, определяемая током дырок (неосновных носителей заряда) в идеальной структуре, может стать преобладающей при уменьшении первого слагаемого (например, вследствие снижения е). Множитель 3 позволяет учесть туннелирование дырок через диэлектрический слой.

Третья составляющая полного тока представляет собой плотность фототока, которая не зависит от напряжения смещения и свойств границы раздела (за исключением свойств потенциального барьера, влияющего на туннелирование носителей). Более тонкие процессы исключены из рассмотрения для упрощенной модели.

Доля приложенного напряжения К,- = V-Vg, падающая в слое на границе раздела, зависит от свойств этого слоя, заряда Q/, находящегося в диэлектрическом слое, поверхностного заряда и характеристик диполей, а также от электрических свойств полупроводника. Анализ электростатических явлений приводит к получению довольно сложного выражения для (V). Если падение напряжения на полупроводнике представить как Vs=V- Vi= У/А,тл,еА ={l - [К,(Ю/П} , то (2.77) примет вид

J Joe[xp(qVl(AkT))-l] +Joh[exp(qVl(kT))- \] - fJj. (2.78)

Допустимая напряженность электрического поля в гаком слое диэлектрика, определяемая его электрической прочностью, не превышает 10* В/см. При толщине этого слоя, обычно составляющей 2 нм, предельное напряжение К,- < 0,2 В (если не учитывать падения напряжетшя на слоях диполей, которые могут присутствовать на границах раздела металл-диэлектрик и диэлектрик-полупроводник).

Это уравнение показывает (в рамках принятых допущений), изменения каких параметров вызывают увеличение Vgc Это, во-первых, высота барьера - наиболее важный параметр, определяющий плотность тока насыщения Joe основных носителей заряда; во-вторых, диодный коэффициент А, который в данной модели характеризует отношение V/Vg (названное Фонашом распределением поля); в-третьих, Joe Joh, зависящие от коэффициентов прозрачности барьера g и для туннелирующих носителей. Все эти параметры наиболее существенно влияют на термоэмиссионную составляющую диодного тока. Рассмотрим их более подробно.

Увеличение эффективной высоты барьера Ф,. В силу наличия поверхностных состояний уровень Ферми занимает, как правило, строго фиксированное положение на поверхности Si и GaAs. Однако полупроводник находится теперь в контакте с диэлектриком. Создавая на границе раздела дополнительный слой соответствующего оксида, можно обеспечить уотовия для насыщения свободных связей на поверхности полупроводника и тем самым уменьшить плотность состояний на границе раздела. При таком способе пассивации поверхности возможно ослабление фиксации уровня Ферми и появление более ярко выраженной зависимости Ф от работы выхода металла.

Кроме того, поскольку диэлектрический слой, как полагают, сам обладает электрической активностью, содержащийся в нем заряд может изменить эффективную высоту барьера. Неподвижный заряд внутри отоя вызьшает изменение Ф, пропорциональное -Q] (что справедливо для ограниченного интервала значений Qj), поэтому для полупроводника проводимости л-типа со слоем оксида, содержащим отрицательный заряд, значение Ф должно увеличиться. В этом случае диодный коэффициент А остается практически равным единице, а /о зависит экспоненциально от количества заряда, захваченного ловушками (при условии, что напряжение смещения практически не влияет на его плотность).

При достаточно большом статичном заряде на границе раздела полупроводник-диэлектрик может образоваться инверсионный стой, причем при использовании подложки р-типа его формированию способствует наличие металла с низкой работой выхода [Salter, Thomas, 1976; Shew chum е. a., 1974]. Этот эффект играет положительную роль в приборах с МДП-структурой на основе п - Si, которые при однократной солнечной освещенности обладают Voc 0,655 В иЛ < 1,2 [Godfrey, Green, 1979].

Уменьшение туннельного тока основных носителей заряда. Вероятность туннелирования неосновных носителей заряда должна приближаться к единице, однако нет необходимости в том, чтобы вероятности туннелирования основных и неосновных носителей бьши равны между собой. При

Экспериментальные исследования диодов с барьером Шоттки на основе Al, Си, Ag, Pd и Au, осаждаемых на поверхность GaAs и Si [Fonash е. а., 1978], показали, что при создании МДП-структур высота барьера повышается. Однако взаимосвязь между найденными для этих структур значениями Ф, [Fonash е. а., 1978; Childs е. а., 1978] и работой выхода металла, как и прежде, отсутствует. Следовательно, проблема управления поверхностными свойствами полупроводника остается нерешшной.

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.