LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Фізичні властивості кремнієвих фотоперетворювачів з вбудованими дельта- та псі- шарами

Дисертація складається із вступу, п’яти розділів та списку використаних джерел. Вона викладена на 142 сторінках, включає в себе 55 рисунків, 1 таблицю та список використаних джерел з 110 найменувань на 12 сторінках.


ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми, визначено мету дисертаційної роботи, наведено відомості про новизну, наукову та практичну цінність отриманих результатів, апробацію роботи; подано інформацію про публікації автора; описано структуру дисертації.

Перший розділ присвячено огляду літературних джерел, в яких описуються методи та експериментальні результати зі збільшення ефективності фотоперетворення кремнієвих CЕ в інфрачервоній області спектра (hn<1.12еВ). Проаналізовано стан проблеми застосування домішкового фотовольтаїчного ефекту в кремнієвих фотоперетворювачах, зокрема введення іонів In в базову або емітерну область елемента.

В усіх варіантах, запропонованих для використання цієї спектральної області, суттєвим є компроміс між збільшенням фотоструму та збільшенням темнового струму, а отже, зменшенням напруги холостого ходу. Оскільки внаслідок введення глибоких домішок в процесі іонної імплантації відбувається часткова аморфізація монокристалічного матеріалу СЕ в певному об’ємі, при теоретичному аналізі потрібно приймати до уваги вплив на темновий та фотострум утворених потенціальних бар’єрів, рекомбінації Шоклі-Ріда та рекомбінації на межах поділу. Показано, що необхідною умовою збільшення ККД в інфрачервоному діапазоні є створення умов для певної кількості проходів світлового потоку через активну область фотоперетворювача.

Проаналізовано сучасний стан проблеми використання ПК у кремнієвій фотовольтаїці. На основі аналізу літературних даних показано, що цей матеріал має ряд перспективних властивостей: можливість створення дифузорів на поверхні елемента, використання в технології селективного емітера, можливість створення ефективного антивідбиваючого покриття, макротекстуризації поверхні. Слід також відзначити, що ПК на поверхні емітера перевипромінює, в силу своїх фотолюмінісцентних властивостей, короткохвильове світло з ультрафіолетової та блакитної частини спектра в більш довгохвильовому червоному діапазоні, для якого квантова ефективність кремнієвих СЕ вища. За рахунок дифузного розсіяння в ПК відбувається збільшення ефективного шляху довгохвильових фотонів (800-1200 нм) і, як наслідок, зростає внутрішня квантова ефективність у структурах типу n-p перехід із тонким шаром ПК на емітері. Однак, у синій області спектра означені структури в деяких випадках характеризуються зменшенням внутрішньої квантової ефективності, що пояснюється можливими рекомбінаційними втратами на межі поділу та в плівці ПК.

Щодо пасивуючих властивостей цього матеріалу на сьогоднішній день не існує одностайної думки. Обгрунтовано необхідність подальших досліджень рекомбінаційних характеристик межі поділу ПК-кремній.

Другий розділ присвячено опису використаних експериментальних методик, зокрема вимірюванню фоточутливості в магнітному полі, вимірюванню розподілу фотоструму по поверхні за методом LBIC.

Для вимірювання спектрального розподілу фоточутливості була реалізована класична схема на основі монохроматора МДР-3. Опір навантаження з’єднувався послідовно із досліджуваним зразком та гальванічним елементом. Фотострум вимірювався в лінійному режимі і був пропорційний падінню напруги на опорі навантаження. У дослідах використовувалось магнітне поле до 0.5 Тл, яке створювалося за допомогою електромагніту.

Описаний технологічний процес виготовлення гетероструктур з ПК. Наведений короткий опис пакету PC-1D для чисельного моделювання.

У третьому розділі на основі аналітичного розв’язку дифузійно-дрейфових рівнянь з відповідними крайовими умовами отримані ВАХ p-n переходу з д-шаром в області просторового заряду. Розглянуті окремо випадки для тунельного, надбар’єрного та через локальні рівні переносу носіїв крізь д-шар. Вибір саме такого положення (рис.1) обумовлений тим, що фотогенеровані в d-шарі носії заряду можуть розводитися полем області просторового заряду без рекомбінації. У розрахунках було використано діодне наближення та не бралося до уваги падіння напруги на д-шарі. Потенціал в області просторового заряду шириною L апроксимувався виразом . Вважалося також, що функції розподілу носіїв не порушуються струмом. Наявність д-шару була врахована в крайових умовах, сформульованих для межі поділу область просторового заряду-квазінейтральна область.

Темнова ВАХ p-n переходу з д-шаром в області просторового заряду визначається формулою

, (1)

де -, - струми насичення емітера та бази структури без д-шару;

, -

для надбар’єрного переносу ;

, -

для тунельного переносу носіїв струму. У наведених виразах для fp та fn: та - частини загального потенціалу , які падають зліва та зправа від d-шару, та коефіцієнти прозорості d-шару для електронів та дірок, vn та vp - їх теплові швидкості, nn - рівноважна концентрація електронів в емітері, pp - рівноважна концентрація дірок у базі, к - стала Больцмана, Т - температура, е - заряд електрона. Слід зазначити, що вираз (1) отримано для випадку, коли d-шар знаходиться у межах області просторового заряду.

Показано, що внаслідок введення д-шару фотоструми n-емітера та p-бази елемента, які виникають в результаті поглинання світла з довжиною хвилі л, змінюються порівняно з вихідними значеннями jе (л), jб (л), і можуть бути подані у вигляді

, (2)

Враховуючи невелику, порівняно з розмірами області просторового заряду, товщину d-шару можна наближенно записати фотострум у цій області у звичайному вигляді

, (3)

де F(л) - густина потоку квантів у спектральній області л<1200 нм, б (л) - коефіцієнт поглинання в кремнії, R - коефіцієнт відбиття.

Додатковий фотострум, пов’язаний з поглинанням у d-шарі, визначався за формулою

, (4)

де F(л) - густина потоку квантів у спектральній області 1200нм <л<2500 нм, бд (л) - коефіцієнт поглинання в d-шарі.

На основі аналізу виразу для густини струму короткого замикання jf=jемітера+jбази+jопз+jд визначені оптимальні, з точки зору ефективності фотоперетворення, параметри д-шару (висота створюваних потенціальних бар’єрів jpb2 , jnb1, положення в області просторового заряду x) (рис.2). Так, для умов освітлення АМ1.5, 0.1 Вт/см2 надбар’єрного механізму струмопереносу у випадку jpb2=jnb1=0.3 еВ оптимальним є положення д-шару в межах від 0.2L до 0.6L. У випадку збільшення висоти бар’єра цей проміжок зменшується і в граничному випадку jpb2=jnb1=0.45 еВ оптимальним є положення д-шару в точці 0.3L. Подальше зростання бар’єра призводить до різкого зменшення струмів jбази, jемітера, які “збираються” з базової та емітерної областей, і сенс розгляду додаткової фотогенерації