ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ. СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ

Фотогенерация и рекомбинация неравновесных носителей заряда в аморфных полупроводниках

На рис. 3.4 приведена спектральная зависимость квантового выхода для пленок a-Si:H, полученных методом тлеющего разряда и при различных температурах [27].

Значительное поглощение наблюдается в той области, где квантовый

выход имеет малые значения (см. рис. 3.4). Зависимость квантового выхода

от температуры и длины волны можно объяснить следующим образом.

Если Г0 больше радиуса Онзагера re, определяемого формулой

то частицы высвободятся в зону.

Если r0 меньше re, то они объединятся и образуют экситон. При этом для экситона существуют две возможности:

1) рекомбинация электрона и дырки — квантовый выход при r0 < re имеет вид

1

1 + exp (E0 / kT),

где

2) выход электрона и дырки в зоны до рекомбинации — в этом случае ц = 1. В запрещенной зоне аморфного кремния имеются перекрывающиеся зоны акцепторных Ех и донорных Ey состояний (рис. 3.5). Захватываемые

на них носители высвобождаются во время процесса пролета при измене­нии внешних условий (поля, температуры). Это можно использовать для определения времени жизни носителей, или времени, за которое носитель теряется вследствие его захвата на глубокую ловушку. Произведение (расстояние, которое носители заряда свободно проходят в единичном внешнем электрическом поле) является важным параметром материала.

Для пленки a-Si:H, полученной в тлеющем разряде, предполагается, что в области, где число фотогенериро- ванных носителей заряда больше тем - новой концентрации, дырки захваты­ваются центрами типа Еу (см. рис. 3.5). Если эти центры заряжены, то они должны располагаться в области пере­крытия с зоной Ех. Экспериментально

установлено, что при комнатной температуре последующая рекомбинация электрона является безызлучательной. Скорость рекомбинации 1/т зависит от числа избыточных носителей и, следовательно, от произведения AF (A — поглощение; F — поток фотонов, падающий на образец).

Было выявлено, что для a-Si:H

ip = ( AF )у,

где 0,5 < у < 1,0 (показатель степени у не зависит от потока фотонов при изменении его величины на несколько порядков, а в значительной мере оп­ределяется температурой).