ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ. СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ
Теоретический расчет вольт-амперной характеристики СЭ с ^—-«-структурой в темноте и под освещением
Теоретический расчет вольт-амперных характеристик солнечных элементов на основе аморфных полупроводников значительно осложняется квазинепрерывным распределением электронных состояний в щели подвижности. В запрещенной зоне кристаллических полупроводников присутствуют только отдельные дискретные уровни, которые действуют как рекомбинационные центры. Рекомбинационные процессы в этом случае описываются моделью Шокли — Рида — Холла. Как правило, вкладом носителей в общий пространственный заряд, захваченных на состояния в запрещенной зоне, можно пренебречь из-за низкой плотности состояний. В щели подвижности аморфного кремния существует квазинепрерывное распределение электронных состояний, которые в значительной степени влияют на электронные свойства материала. Вкладом носителей, захваченных на состояния в запрещенной зоне, в общий пространственный заряд уже нельзя пренебрегать. Кроме того, время жизни носителей заряда в значительной степени зависит от смещения, поскольку от него зависит число состояний, участвующих в процессах рекомбинации.
Как правило, при математическом описании работы приборов на основе аморфного кремния используются следующие допущения.
1. Принимается, что перенос носителей заряда осуществляется только по распространенным состояниям.
2. Имеются резкие границы подвижности, разделяющие носители на распространенные и локализованные состояния.
3. Заполнение локализованных состояний определяется свободными носителями заряда. Принимаются во внимание только процессы захвата и эмиссии между распространенными и локализованными состояниями, а возможностью обмена носителями между локализованными состояниями пренебрегается.
Указанные допущения справедливы при комнатных и более высоких температурах.
Практически во всех случаях используются одномерные модели устройств. В то же время реальные ^—-«-структуры солнечных элементов формируются на текстурированном слое для усиления рассеяния и поглощения света. В результате толщина слоев a-Si:H не однородна по площади.
Электронный и дырочный перенос в полупроводнике описывается
системой уравнений: уравнением Пуассона и уравнениями непрерывности
109
для электронов и дырок [18], [62], [96]-[97], которые для одномерного случая выглядят следующим образом:
f 8p^
Jp = q pppE — Dp 8X
f 8n ^
Jp = q npnE ^ Dn ~
V 8x J
где pp, pn — подвижность дырок и электронов; Dn, Dp — коэффициенты
диффузии электронов и дырок; E — напряженность электрического поля.
 |
С другой стороны, Jp и Jn определяются градиентом квазиуровней Ферми:
В общем виде вольт-амперные характеристики солнечных элементов на основе аморфных полупроводников могут быть получены в результате решения системы уравнений (7.3)-(7.7). Далее теоретически проанализирован заряд в полупроводнике, скорости генерации и рекомбинации, что необходимо для решения этой системы уравнений.
