ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ ЗАХВАТА НЕРАВНОВЕСНОГО ПОВЕРХНОСТНОГО ЗАРЯДА В СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ПО СПАДУ ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Авторы
Файлы

Богатов Н.М. Матвеякин М.П. Першин Н.В. Родоманов Р.Р. Статья в формате PDF 121 KB

Одной из тенденций развития технологии полупроводниковых приборов является уменьшение глубины p-n-перехода до субмикронных размеров w_p < 1 мкм. В этом случае параметры области прострaнcтвенного заряда (ОПЗ) p-n‑перехода зависят от концентрации акцепторов, доноров и плотности заряда на поверхностных состояниях внешней границы полупроводника.

Равновесный поверхностный заряд в полупроводниковых приборах изучен достаточно подробно [1]. Неравновесные эффекты, обусловленные захватом электронов (дырок) на поверхностные состояния, разнообразны и не изучены до конца. Влияние захвата неравновесного поверхностного заряда на спектральные хаpaктеристики кремниевых солнечных элементов (СЭ) исследовано в работах [2, 3].

Цель работы - определить время захвата неравновесного поверхностного заряда по затуханию тока короткого замыкания.

Обозначим изменение плотности поверхностного заряда в неравновесном режиме ΔQ_s. Считаем, что ΔQ_s не изменяет тип проводимости в поверхностной области, но влияет на величину потенциального барьера перехода. Эта ситуация реализуется, если область прострaнcтвенного заряда перехода подходит вплотную к поверхности. Неравновесный поверхностный заряд вызывает изменение ширины ОПЗ p-n‑перехода и высоты потенциального барьера, что можно рассматривать как падение напряжения V_s на переходе.

Хаpaктерное время жизни неравновесных электронов τ_n, дырок τ_p в кремнии составляет 10÷100 мкс. Время измерения тока короткого замыкания t >> τ_n, t >> τ_p. В этом временном масштабе параметры, обусловленные объёмной рекомбинацией (фототок, диффузионный ток насыщения, рекомбинационный ток насыщения), квазистационарны, а вольтамперная хаpaктеристика описывается двух экспоненциальной моделью, в режиме короткого замыкания ток I_sc вычисляется по формуле

, (1)

где I_ph - фототок, I₀ - диффузионный ток насыщения, R_s - сосредоточенное последовательное сопротивление, I_r - рекомбинационный ток насыщения, a - коэффициент неидеальности p‑n‑перехода, R_sh - шунтирующее сопротивление.

При низких уровнях освещенности

, V_s ~ ΔQ_s.

Выразим I_sc через V_s из формулы (1) в линейном приближении:

. (2)

Релаксация неравновесного поверхностного заряда с хаpaктерным временем τ >> τ_n, τ >> τ_p обусловливает изменение тока короткого замыкания

. (3)

Измерения тока короткого замыкания СЭ выполнялись с помощью автоматизированного спектрального комплекса [2] по методике с низким уровнем освещенности. Погрешность измерений не превышала 5%. Исследовались двусторонние кремниевые СЭ, изготовленные НПФ "Кварк" (г. Краснодар), со структурой n⁺-p-p⁺ или p⁺-n-n⁺ типа, субмикронным (0,15 мкм) p-n-переходом, текстурированной поверхностью, на которую наносилось пассивирующее просветляющее покрытие SiO₂. В качестве образца-свидетеля использовался СЭ с глубоким плоским p‑n‑переходом.

Измерялось стационарное значение тока короткого замыкания I_sc при постоянных условиях освещения. Затем световой поток резко прерывался, и измерялась зависимость I_sc(t) на участке спада. У исследуемых СЭ наблюдался плавный участок спада функции I_sc(t), а у образца-свидетеля I_sc изменялся скачком от одного постоянного значения к другому.

На рис. 1 показаны типичные временные зависимости тока короткого замыкания. Начальные участки соответствуют освещению светом с длиной волны λ=950 нм (зависимость 1) и λ=1000 нм (зависимость 2). Участки спада для обеих зависимостей описываются формулой (3) с t » 7 с. Значения τ не зависят от λ в пределах погрешности измерений.

Наблюдаемая у исследуемых СЭ нестационарность тока короткого замыкания с хаpaктерным временем τ ~ 10 с объясняется релаксацией неравновесного заряда на медленных поверхностных электронных состояних границы Si-SiO₂, имеющих достаточно большие времена обмена носителями заряда с разрешенными зонами. Согласно данным [4] для этих процессов t может составлять 10^-1-10⁴ с и зависит от молекулярного состава межфазной границы. Текстурирование поверхности увеличивает площадь границы Si-SiO₂ и p-n-перехода более чем в 10 раз, поэтому эффект влияния изменения плотности неравновесного поверхностного заряда на ток короткого замыкания возрастает вследствие увеличения эффективных значений I₀, I_r в формуле (1).

Рис. 1. Зависимость тока короткого замыкания от времени: 1 - λ=950 нм; 2 - λ=1000 нм

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

Гаман В.И. Физика полупроводниковых приборов. Томск: НТЛ. 2000. - 426 с.
Богатов Н.М., Матвеякин М.П., Родоманов Р.Р., Яковенко Н.А. Автоматизация измерений спектральных хаpaктеристик двусторонних солнечных элементов. // Автометрия. 2003. Т. 39. № 6. С. 68-77.
Богатов Н.М., Корнеев А.И., Матвеякин М.П., Родоманов Р.Р. Исследование влияния неравновесного заряда границы SiO₂-Si на динамику спектральной чувствиительности солнечных элементов с субмикронным p-n-переходом // Известия высших учебных заведений Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2006. № 2. С. 52-54.
Киселев В.Ф., Козлов С.Н., Зотеев А.В. Основы физики поверхности твердого тела. М.: МГУ. 1999. -284 с.

ОСВЕЩЕНИЕ АВТОДОРОЖНЫХ ТОННЕЛЕЙ (учебное пособие)

Статья в формате PDF 121 KB...

30 06 2022 10:53:39

ИНТЕРНЕТ КАК СРЕДСТВО ОБУЧЕНИЯ

Статья в формате PDF 315 KB...

29 06 2022 18:51:34

К ПРОБЛЕМЕ ПОСТРОЕНИЯ ОПЕРАТОРНЫХ УРАВНЕНИЙ ДВИЖЕНИЯ ДЛЯ 2D СИСТЕМ

Статья в формате PDF 113 KB...

28 06 2022 23:36:11

ЭЛЕМЕНТЫ ИННОВАЦИОННОГО ПРОЦЕССА В ПРЕПОДАВАНИИ ОФТАЛЬМОЛОГИИ В МЕДИЦИНСКОМ ВУЗе

Статья в формате PDF 102 KB...

27 06 2022 1:25:38

РАЗВИТИЕ СИСТЕМ И ЕГО КРИТЕРИИ

Статья в формате PDF 114 KB...

26 06 2022 7:16:35

ЖЕНСКИЙ ОБРАЗ В КУЛЬТУРЕ НАРОДОВ ВОЛГО-КАМЬЯ

Статья в формате PDF 264 KB...

25 06 2022 10:13:49

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ПО ПРОВЕДЕНИЮ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫХ ЗАНЯТИЙ В ОБЛАСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ В ВИРТУАЛЬНОЙ СРЕДЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ (АРМ СПЕЦИАЛИСТА ПО ПРОИЗВОДСТВЕННО-КОММЕРЧЕСКОЙ И ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНО

Статья в формате PDF 193 KB...

24 06 2022 15:53:51

ЗАРАСТАНИЕ ПЕСЧАНЫХ КАРЬЕРОВ: ВЛИЯНИЕ РЕЛЬЕФА НА РАЗМЕЩЕНИЕ ВИДОВ-КОЛОНИСТОВ

На примере самозарастания песчаных карьеров Ленобласти рассматривается гипотеза преимущественного поселения растений-колонистов в «safe sites» – микроместообитаниях, наиболее благоприятных для растений. ...

23 06 2022 18:38:39

НАЗАД – В БУДУЩЕЕ!

Статья в формате PDF 245 KB...

22 06 2022 16:31:24

ИСПОЛНЕНИЕ ОРГАНОМ ДОЗНАНИЯ ПОСТАНОВЛЕНИЙ СЛЕДОВАТЕЛЯ – ФОРМА ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Статья в формате PDF 119 KB...

21 06 2022 6:59:54

ОЦЕНКА ГИДРОХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ УГЛЕДОБЫВАЮЩЕГО КОМПЛЕКСА ЮЖНОЙ ЯКУТИИ

Проведена работа по полевому и лабораторному изучению современного гидрохимического состояния воды и донных отложений рек зоны воздействия угледобывающего промышленного комплекса Южной Якутии. На основе анализа результатов исследований дана оценка качества данных водотоков. Установлено загрязнение нормируемого содержания некоторых компонентов воды естественного и техногенного хаpaктера. ...

20 06 2022 23:48:45

МЕТОД ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗРЕНИЯ У ДЕТЕЙ

Статья в формате PDF 157 KB...

19 06 2022 19:23:28

ОСОБЕННОСТИ ЭКОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕРНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА В РАЗВИТЫХ СТРАНАХ И РОССИИ

Статья в формате PDF 113 KB...

18 06 2022 17:17:33

ДЕРМАТОГЛИФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ У БОЛЬНЫХ ГИПЕРТОНИЧЕСКОЙ БОЛЕЗНЬЮ С ОСЛОЖНЕННЫМ И НЕОСЛОЖНЕННЫМ ТЕЧЕНИЕМ

Статья в формате PDF 108 KB...

17 06 2022 12:45:35

Влияние димефосфона на показатели жизнедеятельности и ультраструктуру миокарда мышей при стрессе

Статья в формате PDF 113 KB...

16 06 2022 16:33:35

ФОРМИРОВАНИЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ КУЛЬТУРЫ СТУДЕНТА – ДИЗАЙНЕРА

Статья в формате PDF 295 KB...

15 06 2022 21:30:11

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЗУБОВ ПОСЛЕ ЛЕЧЕНИЯ ЭНДО – ПАРОДОНТАЛЬНЫХ ПАТОЛОГИЙ С ПОМОЩЬЮ НОВОГО ПЕРФОРИРОВАННОГО АНКЕРНОГО ШТИФТА

Статья в формате PDF 124 KB...

14 06 2022 17:55:23

ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРИСТОЙ СТРУКТУРЫ ОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ ПОЛУЧЕННЫХ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМ СИНТЕЗОМ С ПОМОЩЬЮ ПЕРМЕННОГО ТОКА

Статья в формате PDF 112 KB...

13 06 2022 7:41:19

Морфология тимуса человека в детские возрастные периоды

Статья в формате PDF 103 KB...

12 06 2022 13:22:42

МОНИТОРИНГ ЗОЛООТВАЛОВ ТЭЦ И ПУТИ СНИЖЕНИЯ ИХ НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Статья в формате PDF 215 KB...

11 06 2022 17:23:16

Инновационность системы повышения квалификации работников образования в городе Москве

Статья в формате PDF 365 KB...

10 06 2022 5:18:29

ИММУНОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕСТЫ В ОЦЕНКЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛЕЧЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Статья в формате PDF 90 KB...

09 06 2022 16:33:33

ФАЗООБРАЗОВАНИЕ В СИСТЕМЕ CuCr2O4 – NiCr2O4 – FeCr2O4

Статья в формате PDF 113 KB...

08 06 2022 2:29:37

Опыт сочетанного применения стимуляторов гемопоэза и гипербарической оксигенации при выполнении расширенных вмешательств на легких

Статья в формате PDF 101 KB...

07 06 2022 0:19:46

ИЗУЧЕНИЕ РАЗДРАЖАЮЩЕГО И СЕНСИБИЛИЗИРУЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ ЛЕКАРСТВЕННОЙ ФОРМЫ ДЛЯ НАРУЖНОГО ПРИМЕНЕНИЯ

Статья в формате PDF 112 KB...

06 06 2022 15:38:30

Краевая задача со смещением для вырождающегося гиперболического уравнения

Исследована краевая задача со смещением для вырождающегося гиперболического уравнения. При определенных условиях неравенственного типа на известные функции доказана теорема единственности. Вопрос существования решения задачи сведен к вопросу разрешимости сингулярного интегрального уравнения, которое редуцируется к уравнению Фредгольма второго рода, безусловная разрешимость которого заключается из единственности решения задачи. ...