ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ. СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ

Заряд в полупроводнике

В аморфном кремнии квазиуровни Ферми отстоят от границ разре­шенных зон более чем на 2kT. Для такого невырожденного полупроводника выполняется статистика Больцмана и концентрацию свободных носителей можно определить по формулам

п = nc exppfn - ec)];

p = nv exP[(Ev - Ep)].

Для оценки заряда носителей, захваченных на состояния в запрещен­ной зоне рtrap, используются модели доноро - и акцептороподобных со­стояний, а также состояний амфотерного типа в щели подвижности a-Si:H. Как правило, принимается, что состояния на хвосте зоны проводимости являются акцептороподобными: они отрицательны, когда заняты электро­ном, и нейтральны, когда свободны от электрона. Состояния на хвосте ва­лентной зоны имеют донороподобное поведение, доноро - и акцепторопо­добные состояния на хвостах зон — экспоненциальное распределение.

Принимается, что состояния, обусловленные оборванными связями, имеют амфотерное поведение, т. е. могут находиться и в доноро - и в акцеп­тороподобном положении. Это объясняется тем, что они могут быть в трех зарядовых состояниях: положительно заряженном (свободны от электрона), нейтральном (на них находится один электрон) и отрицательном (заняты двумя электронами). В данном случае оборванная связь приводит к появле­нию двух энергетических уровней в щели подвижности: уровень Е+/0 соот­ветствует переходу +/0, а уровень Е0/- — переходу 0/-. Расстояние между двумя уровнями соответствует энергии, которую необходимо затратить, что­бы на уже занятом состоянии появился второй электрон (корреляционная энергия ЕЦ). В модели структур энергетических зон в аморфных полупро­водниках Мотта и Дэвиса принимается, что состояния, обусловленные обор­ванными связями, имеют гауссово распределение.

В этом случае заряд на доноро - и акцептороподобных состояниях ра­вен соответственно

Ес

Pd = q I N(Е) [1 - f (Е)] dE;

Еу

Ес

Pa = - q I N(Е) f (Е¥Е,

Еу

где f (E) — вероятность заполнения энергетического уровня электроном. Заряд на состояниях амфотерного типа равен

 

image194

dE

 

Ev

где F+(E), F - (E) — вероятности нахождения состояния в свободном и два­жды занятом состоянии.

 

image195

 

image196

цесса захвата и два — эмиссии (рис. 7.4): r, Г4 — скорости захвата на уро­вень Et электрона и дырки соответственно; Г2, Г3 — скорости эмиссии элек­трона и дырки.

В табл. 7.1 охарактеризованы все процессы эмиссии и захвата элек­тронов и дырок на доноро- и акцептороподобные состояния (см. рис. 7.4). В табл. 7.1 использованы следующие обозначения: Ta, Td — акцепторо - и донороподобные состояния соответственно; vth — тепловая скорость носи­телей; Nt — концентрация ловушек; , а° — сечение захвата ловушки

для электрона и дырки соответственно; e - , е0Р — коэффициент эмиссии

для захваченного электрона или дырки соответственно. Индексы «+», «О» и «-» означают зарядовое состояние ловушки.

Таблица 7.1

Процессы эмиссии и захвата электронов и дырок на доноро - и акцептороподобные состояния

Процесс

Переход

Скорость процесса

Захват электрона на состояние T^

Td!+ e ^ Td

r1 = n^tha! Nt(1 - f)

Захват электрона на состояние Ta

Ta! e ^ Ta

r1 = nvtha°nNt(1 - f)

Захват дырок на состояние T°

Td + h ^ Td

r3 = pvtha°pNtf

Захват дырок на состояние Ta

Ta! h ^ Ta

r3 = pvtha~pNtf

Эмиссия электрона с состоянием T°

Td ^ Td!+ e

II

TO

a 0

Эмиссия электрона с состоянием Ta

Ta ^ Ta! e

r2 = en Ntf

Эмиссия дырок с состоянием Td

Td!^ Td + h

r4 = epNt(1 - f)

Эмиссия дырок с состоянием Ta

Ta ^ Ta! h

r4 = e°pNt(1 - f)

В условиях термодинамического равновесия в соответствии с принци­пом детального равновесия ri = Г2 и Г3 = Г4. При этом вероятность запол­нения состояния описывается функцией Ферми — Дирака:

f = [1 + exP(Et - ef)]-1.

image197

Отсюда коэффициенты эмиссии равны

Общая скорость рекомбинации составляет

R = гі - Г2 = Г3 - Г4. (7.8)

Подпись: f image199 Подпись: (7.9)

Принимая во внимание это выражение, а также выражения для скоро­стей эмиссии и захвата, получаем функцию занятости:

Используя выражение (7.8) и подставляя в него выражения для Г1, Г2, Г3 и Г4, определяем эффективность рекомбинации:

Подпись: np - ПіПодпись:R 2 + 0

Лг _ ~^thanap

Nt

image203 Подпись: (7.10)

Тейлор и Симмонс показали, что выражение (7.9) может быть аппрок­симировано выражением

Выражение (7.10) может быть преобразовано следующим образом:

image205
-1-1

Квазиуровень Ферми для захваченных электронов равен

Подпись:nan + pa p

Nc a+

Аналогично функция заполнения дырок

image207

1 - f

 

а квазиуровень Ферми для захваченных дырок

 

image208
image209

-1

 

image210

для Et > E0

 

image211
image212

EV + EC
2

 

image213
image214

 

В табл. 7.2 даны пояснения к процессам, представленным на рис. 7.5.

Таблица 7.2

Процессы эмиссии и захвата электронов и дырок
на состояниях амфотерного типа

Процесс

Переход

Скорость процесса

Захват электрона

D ++ e ^ D0

ri = nvth°+ndbf+

Эмиссия электрона

D0 ^D++e

r2 = en NDBF 0

Захват электрона

D0 + e ^ D~

r3 = nvth°n, NDBF 0

Эмиссия электрона

D - ^ D0 + e

r4 = e~n NDBF-

Захват дырки

D0 + h ^ D+

r5 = pvth°°pNDBF 0

Эмиссия дырки

D + ^ D0 + h

r6 = e+pNDBF+

Захват дырки

D - + h ^ D0

r7 = pvthF~pNDBF -

Эмиссия дырки

D0 ^D-+h

r8 = epNDBF 0

image215

В табл. 7.2 D означает оборванную связь, F — функцию занятости, индексы «+», «0» и «-» — зарядовое состояние оборванной связи. Коэффициенты эмиссии в этом случае равны

Функции занятости для зарядовых состояний:

Подпись: F+ F 0_______ P0 Р~________ ;

N+P - + P0P - + N+N0 ’

_______ N+Р~________ ;

N+P - + P0P - + N+N0 ’

N 0 N+

Подпись: F0 =N+P ~ + P° P ~ + N+N 0

+ + . + 0 0.0 - - . - 0 0.0 где N = щи°п + ep; N = nvth^n+ep; P = pvth° p+en; P = pvth° p+en.

Подпись: + 0 - 0 - + 2 / „2 °n ® pP + ^n^ pN

Подпись: N+P + P 0 P + N+N0 ’

Используя эти выражения, определяем эффективность рекомбинации: Лг = r1 - r2 + r3 - r4 = vth (Рп - ni У

Средний заряд, приходящийся на одну оборванную связь, равен

Q = q ( f + - f -).

ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ. СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ

Ключевые особенности технологических процессов, используемых «Oerlikon Solar»

Plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) — активирован­ный плазмой ВЧ разряда химический процесс, наиболее распространенный для получения пленок аморфного и микрокристаллического кремния, ис­пользуемых в технологии фирмы «Oerlikon Solar». В плазме происходит …

Описание разработок технологии фирмы «Oerlikon Solar» по производству солнечных модулей на основе аморфного и микрокристаллического кремния (www. oerlikon. com)

В настоящее время солнечная энергетика является одним из наиболее перспективных видов возобновляемой энергетики. Основным устройством, используемым для прямого преобразования энергии солнечного света в элек­троэнергию, является солнечный модуль (СМ). Широкое применение …

Солнечные элементы на основе аморфного кремния

Наиболее значимыми на мировом рынке в области тонкопленочных солнечных элементов на основе аморфного кремния являются зарубежные компании, имеющие собственное производство гетероструктурных тонко­пленочных фотопреобразователей. Ведущими производителями каскадных тонкопленочных солнечных элементов на …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Партнеры МСД

Контакты для заказов шлакоблочного оборудования:

+38 096 992 9559 Инна (вайбер, вацап, телеграм)
Эл. почта: inna@msd.com.ua