Дослідження об’ємного часу життя в монокристалічному кремнії з врахуванням рекомбінації Шоклі-Ріда. Аналіз впливу концентрації надлишкових носіїв заряду та звуження забороненої зони на поверхневу рекомбінацію в кремнієвих фоточутливих структурах.
Аннотация к работе
Жодна з вказаних програм не дозволяє виконати теоретичне моделювання кремнієвих СЕ з тиловою металізацією та моделювання СЕ на основі аморфного гідрогенізованого кремнію. Другою особливістю підходу даної роботи до розрахунку фотоперетворення в високоефективних СЕ є врахування декількох складових обємного часу життя в базовій та емітерній областях та деталізований розрахунок величин швидкостей поверхневої рекомбінації, яка відбувається на фронтальній та тиловій поверхнях СЕ. Зокрема, при визначенні обємного часу життя враховуються рекомбінація Шоклі-Ріда-Хола, міжзонна випромінювальна рекомбінація, екситонна випромінювальна і безвипромінювальна рекомбінація та міжзонна оже-рекомбінація. Ефективні швидкості поверхневої рекомбінації на фронтальній та тиловій поверхнях СЕ розраховуються самоузгоджено з врахуванням рекомбінації за механізмом Шоклі-Ріда на поверхневих центрах, величин вигинів зон біля фронтальної та тилових поверхней СЕ, а також таких параметрів емітерної та колекторної областей як час життя неосновних носіїв заряду, рівень легування та товщини цих областей. Для досягнення цієї мети були сформульовані наступні завдання: 1) дослідити обємний час життя в монокристалічному кремнії з врахуванням різних механізмів рекомбінації, включаючи рекомбінацію Шоклі-Ріда, квадратичну випромінювальну та безвипромінювальну рекомбінацію, а також міжзонну рекомбінацію Оже;· Виконано уточнення внеску різних механізмів рекомбінації, зокрема, механізму Отже, випромінювальної та безвипромінювальної рекомбінації екситонів на обємний час життя і довжину дифузії в кремнії. Показано, що механізм екситонної безвипромінювальної рекомбінації може домінувати в достатньо широкому діапазоні рівнів легування та рівнів збудження. · В результаті самоузгодженого розрахунку ефективних швидкостей поверхневої рекомбінації на освітленій та тиловій поверхнях кремнієвих СЕ різного типу показано, що в залежності від співвідношення поверхневої та обємної концентрації носіїв заряду ефект звуження зон може приводити як до збільшення, так і до зменшення величини ефективної швидкості поверхневої рекомбінації. · Порівняльний аналіз ефективності фотоперетворення в СЕ з тиловою металізацією та в СЕ з стандартною геометрією показав, що переваги СЕ з тиловою металізацією перед СЕ із стандартною геометрією контактів можуть бути реалізовані в тонких в порівнянні з дифузійною довжиною СЕ при мінімізації величини ефективної швидкості поверхневої рекомбінації на освітленій поверхні.
У висновках підсумовано основні результати дослідження впливу розмірних обмежень на нерівноважні процеси в фотоелектричних перетворювачах. Зокрема, сформульовано наступне.
· Виконано уточнення внеску різних механізмів рекомбінації, зокрема, механізму Отже, випромінювальної та безвипромінювальної рекомбінації екситонів на обємний час життя і довжину дифузії в кремнії. Показано, що механізм екситонної безвипромінювальної рекомбінації може домінувати в достатньо широкому діапазоні рівнів легування та рівнів збудження.
· В результаті самоузгодженого розрахунку ефективних швидкостей поверхневої рекомбінації на освітленій та тиловій поверхнях кремнієвих СЕ різного типу показано, що в залежності від співвідношення поверхневої та обємної концентрації носіїв заряду ефект звуження зон може приводити як до збільшення, так і до зменшення величини ефективної швидкості поверхневої рекомбінації.
· Порівняльний аналіз ефективності фотоперетворення в СЕ з тиловою металізацією та в СЕ з стандартною геометрією показав, що переваги СЕ з тиловою металізацією перед СЕ із стандартною геометрією контактів можуть бути реалізовані в тонких в порівнянні з дифузійною довжиною СЕ при мінімізації величини ефективної швидкості поверхневої рекомбінації на освітленій поверхні.
· Побудовано теоретичну модель, яка дозволяє оптимізувати параметри СЕ, виготовлених на основі аморфного гідрогенізованого кремнію, встановлено, зокрема, що ключовим параметром, який визначає ефективність таких СЕ, є товщина базової області.
· Теоретично проаналізовано якісні відмінності в формуванні напруги розімкненого кола в p-i-n-структурах з квантовими ямами на основі прямозонних та непрямозонних напівпровідників, які повязані з реалізацією низького та високого рівня інєкції. Встановлено ймовірну причину різкого зменшення напруги розімкненого кола в СЕ з квантовими ямами, виготовленими на основі матеріалів з великою різницею постійних граток. Як показано, вона повязана з рекомбінацією на рівнях, що виникають на межах барєрного матеріалу та квантових ям.
· Встановлено теоретично, що вища, ніж в стандартних СЕ, ефективність фотоперетворення в СЕ з квантовими ямами на основі системи GAAS-INGAAS може бути отримана лише за умови, коли час життя в квантових ямах більший, ніж в барєрному матеріалі, а рівень легування лежить в діапазоні (1015 - 3·1017) см-3.
· Показано, що використання СЕ з квантовими ямами на основі системи GAAS-INGAAS більш доцільне в умовах концентрованого освітлення за рахунок того, що при достатньо великих значеннях ступеня концентрації освітлення величини ефективності фотоперетворення в СЕ з квантовими ямами для різних рівнів легування бази зближуються.
Список литературы
1. Fossum J.G. Computer-Aided Numerical Analysis of Silicon Solar Cells // Solid-State Electron. - 1976. - V. 19, № 4 - P. 269-277.
2. Mullidan W.P., Rose D.H., Cugsinovic M.J., De Ceuster D.M., MCINTOSH K.R., Smith D.D., Swanson R.M. // Proc. 19th Photovoltaic Solar Energy Conference, 7-11 June 2004, Paris, France, P. 387-390.
3. Trupke T., Green M.A., Wurfel P., Altermatt P.P., Wang A., Zhao J., Corkish R. Temperature dependence of the radiative recombination coefficient of intrinsic crystalline silicon // Appl. Phys. - 2003. - Vol. 94, № 8. - P. 4930-4937.
4. Ruff M., Fick M., Lindner R., Rossler U., Helbig R. The spectral distribution of the intrinsic radiative recombination in silicon // J. Appl. Phys. - 1993. - Vol. 74, № 7 - P. 267-270.
5. Verlinden P., Van de Wiele Stehelin G., Floret F. and David J.P. High efficiency interdigitated back contact silicon solar cells // Proceedings of the 19th IEEE PVSEC (New Orleans, 1987) - P. 405-409.
6. Алферов Ж.И., Андреев В.А., Румянцев В.Д. Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики // ФТП. - 2004 - Т. 38, № 8 - С. 937-949.