장치 디자인-소수 캐리어집
경우 제조 pn 접합하거나 이종접합 태양전지의 모든 구성,대량 또는 기판의 영역 반도체 장치를 가볍게 또는 적당히 도핑과 함께 불순물면서 두 번째로 영역(위쪽 또는”앞 층”또는 조명이 지역에서 표준 구성 셀, 아래하거나 비 조명한 지역에 거꾸로 태양 전지 셀과,얇은 측 조사 지역에 있는 수직 태양 전지)은 크게 도핑. 이 무거운 농도의 불순물은 태양 전지의 직렬 저항을 줄이고이 지역에 오믹 접촉을 허용하기 위해 필요합니다. 큰 불순물 농도는 캐리어 수명을 감소시키고”죽은 층”을 생성한다는 점에 유의하십시오. “죽은 층”은 문제가에 거꾸로 또는 세로 구성 태양전지,하지만 주요 관심사를 위한 표준 구성 태양 전지입니다. 따라서,이유 비용(두꺼운 영역을 태양전지,더 중대한의 비용으로 제작)과,표준에서 태양 전지 셀을 최소화하기 위해”죽은 층의”폭을 유지하는 것이 바람직하다 이는 두 번째 영역의 최소 두께입니다.
III 장에서 우리는 pn 단계 접합 태양 전지의 p-및 n-영역으로의 접합 전기장의 범위에 대해 다음과 같은 식을 갖는다.
어디 xn 은 공간을 담당 지역의 확장을 거리로는 n-지역에서 교차점(으로 취 x=0),xp 에서의 확장으로 p-지역,∈는 유전율의 반도체,ND 은 농도의 불순물 n-지역 그리고 나는 불순물 농도에서 p-지역입니다. 수량,VD,은 그물에 걸리는 전압의 교차로에 의해 제공됩니다.
는 부사장입니다 photovoltage 및 VB 가 내장된 전압에 걸쳐 단계로 접합과정에서:
여기서 k Boltzmann 의 정수,T 은 절대 온도의 교차점과 ni 은 본질적인 캐리어 농도*.
NL≫Ns#과의 pn 단계 접합을 고려하십시오. 이 상황에서 XL’의 값,”전면 레이어”의 공간 전하(또는 전기장)폭은 0 이됩니다(방정식 VI.1 참조). 에서 이종접합 태양 전지 셀 이것은 또한 효과적이기 때문에 차이에서 에너지 갭 폭한 두 가지 소재력 전기 분야를 확장만으로는 반도체와 함께 하는 에너지 차이입니다. 금속/반도체 또는 금속 산화물 반도체 접합의 전기장도 확장으로 주로 반도체 기판 레이어입니다. 기판의 공간 전하 폭인 Xs 의 값은 기껏해야 Xs’이며,여기서:
여기서,xs’는 반도체의 밴드 갭 폭과 동일한 내장 전압 및 고유 값인 ni 와 동일한 캐리어 농도를 가정하여 계산되었다.
표 VI.2 는 6 개의 샘플 반도체에 대해 Xs’의 값을 제시한다.
표 VI.2. 최대 범위의 접합의 전기장(고갈 또는 공간 요금층), Xs’
| 반도체 | Si | InP | GaAs | CdTe | AlSb | CdSe |
| Xs'(cm) | 0.031 | 0.891 | 2.08 | 3.45 | 19.66 | 53.1 |
참고하는,아래 만들어진 가정, 이 전기장(고갈 지역)으로 확장하는 반도체에 mos 및 Schottky 접합으로,더 작은 에너지 갭 반도체에서의 단계적 이종접합과 단절적 이종접합,그리고 가볍게 도핑 기판 지역에서 pn 접합 단계. 또한 우리는 150μm*의 실용적인 총 두께를 갖는 태양 전지를 고려하고 있음을 상기하십시오. 표 VI 에 주어진 전기장 폭.2 는 모든 표준,수직 및 반전 구성 태양 전지에 대해 기판 영역을 완전히 채우기에 충분합니다. 그러나 표 VI.2 는 세 가지 가정에 기반을두고 있으며 그 중 어느 것도 현실적인 태양 전지에서 완전히 실현 될 수 없습니다. 첫 번째 가정은 기판이 내재적이라는 것입니다. 실제로 1990 년대 초반의 기술은이 요구 사항을 충족시킬 수 없습니다. Ns 에 대한 합리적인 기술 제한 최소값은 1014/cm3 의 순서에 있습니다. 또한,태양 전지 다이오드의 포화 누설 전류를 낮추기 위해 ns 는 일반적으로 1015/cm3 의 순서에 있어야합니다. 두 번째는 가정은 접점에 전압은 단지 내에서의 전압은 단계로 접속이 동일한 에너지 간격의 pn junction(또는 에너지 간격의 기판에 반도체에서 이종접합,mos 또는 Schottky 방벽 태양 전지입니다. 실제로 접합 전압은 항상 에너지 갭 폭보다 작습니다(식 VI.3 참조). 세 번째 요인이 포함되어야 하는 모든 논의는 레이어 기판 감소의 폭이는 태양전지 셀룰라가 앞으로 편견 때문에 별거/컬렉션의 구멍-전자 쌍이다. 결과적으로,식 VI.2 에서 전압,VD 는 볼트#의 일부 분율을 향해 빠르게 감소합니다.
를 추정하는 접점에 전압이 실제로 존재에서 Schottky 방벽한 태양전지,고려대장에서 잠재,ϕBo,for a Schottky 방벽 태양 전지입니다. 주어진 이 값을 우리가 대체할 수 있습 VB 에서 방정식 VI.2,그리고 결정하는 고갈 층 두께,내전압 혼자(즉,단락의 조건),Xss:
표 VI.도 3 은 고려중인 6 개의 예 반도체 및 선택된 금속에 대한 쇼트 키 배리어 전압의 값을 제시한다.
표 VI.3. 금속-반도체 장벽,에너지,ϕBo,에 eV 한 예 반도체(10-15)
| 반도체 | Si | InP | GaAs | CdTe | AlSb | CdSe |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 금속 | n 타입 반도체 | |||||
| Pt | 0.90 | 0.60 | 0.84 | 0.76 | 0.60 | 0.37 |
| Au | 0.80 | 0.52 | 0.90 | 0.71 | 0.51 | 0.49 |
| Ag | 0.78 | 0.54 | 0.88 | 0.81 | 0.52 | 0.43 |
| Al | 0.72 | 0.51 | 0.80 | 0.76 | —– | 0.36 |
| Pd | 0.81 | 0.55 | 0.85 | 0.74 | 0.55 | 0.42 |
| p-type semiconductor | ||||||
| Pt | —– | 0.74 | 0.48 | 0.75 | 0.58 | —– |
| Au | 0.34 | 0.76 | 0.42 | 0.73 | 0.55 | —– |
| Al | 0.58 | —– | 0.67 | 0.54 | —– | —– |
| Ti | 0.61 | 0.74 | 0.53 | —– | 0.53 | —– |
| Cu | 0.46 | — | — | — | 0.44 | — |
을 관찰하는 장벽에 나열된 값을 표 VI.3 에 따라 달라질 금속,반도체 및 반도체 유형입니다. 제공된 값은 모두 1 볼트 미만이며 에너지 갭보다 작습니다.
mos 접합은 쇼트 키 접합보다 덜 잘 이해된다. 으로 1993 년 이 태양전지 유형을 생성 되었습니다 주로에 실리콘의 용이성 때문에 제조에 필요한 얇은 산화물층(장을 참조하십시오 V)이 반도체. 이러한 유형의 장벽,값의 장벽의 에너지 0.85(알루미늄 실리콘 이산화탄소에서 p-형 실리콘)및 0.67(크롬 실리카-p-형 실리콘)보고되었습니다. 실리콘 및 갈륨 비소 기판 모두에서 mos 장벽에 대한 다른 출처의 데이터는 유사한 값을 나타냅니다. 산화물 층의 결과로 감소 된 누설 전류는 이러한 장치를 유망하게 만듭니다; 아직 불충분하게 이해 되더라도.
이 장의 목적은”실용적인”건설의 태양 전지의 효율성을 추정하는 것입니다. 이를 위해 단일 제목(Schottky)아래의 Schottky 및 mos 접합을 고려하고 표 VI.3 및 문헌에서”최상의”장벽 에너지를 선택합시다. 그런 다음,쇼트 키 접합에 대해 실제로 발생할 수있는 최대 장벽 에너지는 표 VI.4 의 것과 같이 취해질 수 있습니다.
표 VI.4. Practical maximum Schottky junction barrier energies (eV) and the specific metal employed for the six example semiconductors
| Semiconductors | Si | InP | GaAs | CdTe | AlSb | CdSe |
|---|---|---|---|---|---|---|
| n-type semiconductor | ||||||
| Energy | 0.90 | 0.60 | 0.90 | 0.81 | 0.60 | 0.49 |
| Metal | Pt | Pt | Au | Ag | Pt | Au |
| p-type semiconductor | ||||||
| Energy | 0.95 | 0.76 | 0.67 | 0.75 | 0.58 | * |
| Metal | Hf | Au | Al | Pt | Pt | * |
* In Chapter III we discussed the fact that p-type CdSe has not been practically fabricated to date. 따라서,p 형 CdSe 또는 CdSe pn 접합상의 금속-반도체(Schottky)접합은 실현 가능하지 않다. N 형 CdSe 를 접합부의 일측으로 사용하여 이종 접합 장치를 구성하는 것이 가능합니다. 표 VI.6 에 주어진 값은이 경우에 대한 추정치입니다.
pn 접합부 내장 전위를 계산하기 위해 방정식 VI.3 을 활용합니다. 앞서 언급한 바와 같이,기질 불순물 농도에 대한 최소 전위값인 NS 는 1014/cm3 의 불순물 농도이다. “전면 층”농도의 값인 NL 은 부분적으로이 영역이 확산 또는 이온 이식에 의해 도입되는지 여부에 달려 있습니다. 5×1019/cm3 의 nl 에 대한 유효 값이 일반적으로 발생합니다. Iii 장에서 300°K 에서 ni2 에 대한 값과 함께 이러한 값을 결합하면 내장 전압에 대해 표 VI.5 의 값이 있습니다.
표 VI.5. Estimated practical maximum built-in voltages for pn junctions constructed from the example semiconductors (in volts)
| Semiconductor | Si | InP | GaAs | CdTe | AlSb | CdSe |
| VB | 0.76 | 1.08 | 1.18 | 1.23 | 1.41 | * |
*P-type CdSe 지 않으므로 사용할 수 있는 없 Schottky 방벽에 p-type CdSe 지만,할 수 있 이종접합 n 타입 반도체.
이종 접합의 유효 장벽 잠재력을 예측하기는 어렵다. 대략적인 추정치는 이종 접합 태양 전지의 개방 회로 전압을 관찰함으로써 영향을 미칠 수있다. Sreedhar 및 Sahi 및 Milnes 에서 개방 회로 이종 접합 태양 전지 전압의 일부 값은 다음과 같습니다:(1)p 형 Si 의 n 형 갭,0.67V;(2)p 형 GaAs 의 n 형 갭,0.82V;(3)n 형 GaAs 상의 p 형 갭,1.05V;및(4)p 형 GaAs 상의 n 형 ZnSe,0.925V. 이 값들은 pn 접합에 대한 표 VI.5 의 순서에 있음을 주목한다. 계산 기판의 고갈 층 폭을 사용하여 이러한 장벽 전압으로 이어질과 유사한 결과에서 크기를 사용하여 그들의 결과를 테이블 VI.4 에서 방정식 VI.5Schottky 와 테이블 VI.5 에서 방정식 VI.3pn junction.
에 대한 기판의 불순물 농도의 1014/cm3 우리는 얻을 수 있습니다 추정판의 고갈 층 폭이에서 태양 전지에서 단락 회로 조건(photovoltage 같 zero). 이러한 고갈 폭은,예를 들어 반도체가 표 VI.6 에 주어진다.
표 VI.6. 는”실제”라는 최대 고갈 층 너비(μm)반도체 기판을 위한 여섯 예 반도체, 의 기능으로 다양한 접합 유형의 온도에서 300°K
| 반도체 | Si | InP | GaAs | CdTe | AlSb | CdSe |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 금속-반도체 장벽 n 타입 반도체 기판 | ||||||
| 3.457 | 3.049 | 3.547 | 3.126 | 2.703 | 2.398 | |
| Metal-semiconductor barrier on p-typ semiconductor substrate | ||||||
| 3.552 | 3.432 | 2.983 | 2.999 | 2.657 | * | |
| Step pn junction or heterojunction | ||||||
| 3.192 | 4.093 | 4.036 | 3.860 | 4.129 | 4.21 | |
*P-type CdSe 지 않으므로 사용할 수 있는 없 Schottky 방벽에 p-type CdSe 지만,할 수 있 이종접합 n 타입 반도체.
을 관찰하는 고갈 레이어의 폭이블 VI.6 뿐만 아니라 매우보다 훨씬 작은 전기장 너비의 테이블 VI.2 지만,그들은 또한 보다 훨씬 적은 광학적 흡수 두께 반도체(150μm). 는 경우 전자-정공쌍 분리/컬렉션을 전적으로 의존에 고갈 층 폭의 성능 표준과 반전 구성 태양전지는 것에 크게 부정했다. 다행히도,광전류의 생산을 도울 수있는 다른 현상이 있습니다. 이러한 현상은 사용하고 광학적으로 생성된 캐 범위 내에서의 전기 필드에 고갈 계층의 태양전지합니다. 먼저,반도체에서의 확산 길이를 고려하고 어느 정도까지 고갈 층의 수집 범위를 효과적으로 확장시킨다.
한 번에 의해 생성된 광자 흡수에서 대량 영역(지역의 전기장)태양전지,구멍-전자쌍을 이동을 통해 무작위로는 반도체. 반도체 크리스탈에 접합부가 있으면 접합부 부근에는 물론 전기장이있을 것입니다. 이 필드는 전자-정공 쌍을 수집하여이를 분리하는 역할을하여 전자-정공 쌍에서 농도 구배를 생성합니다. 이제 태양 전지의 p 형 영역을 고려하십시오. 고갈 영역에 가까운이 영역의 전자는 종종 무작위로 전기장으로 이동합니다. 이것이 발생하면 전자는 접합부를 가로 질러 n 형 측으로 가속됩니다. P 형 측면쪽으로 가속됨에 따라 n 형 측면에서 무작위로 움직이는 구멍에는 물론 유사한 과정이 발생합니다. 이 소수 캐리어 제거의 효과는 p 형 측의 벌크 영역과 고갈 영역의 가장자리 사이에 전자 농도 구배를 생성하는 것입니다. 따라서,p 형 측의 접합부의 확산 길이 내의 전자가 수집 될 것이다(동일은 n 형 측의 접합부의 확산 길이 내의 홀에 대해 간다). 의 확산 길이,L,에 의해 제공됩니다.
어디에서 장 III:
수명,τ,그리고 이동도,μ,반도체로 사용되는 예를 이 작품에서 논의되었다 Chapter III. 을 기억하는 이러한 물질 속성은 기능의 온도와 불순물 농도. 이 장에서 우리는 실온(27°C)에서의 태양 전지 작동을 고려하고있다. 고갈 층 폭에 대한 선행 논의는 1014/cm3 의 기판 불순물 농도 및 5×1019/cm3 의 높은 불순물 농도”전면 층”을 사용했다. 이러한 농도의”실용성”에 관한 몇 가지 추가 단어가 순서대로 있습니다. “전면 레이어”농도는 반도체로의 거리에 따라 다릅니다. “전면 층”이 확산 공정의 결과 인 경우,표면에서의 불순물 농도는 접합부에서의 불순물 농도보다 훨씬 높습니다. 일반적으로,NL(x)에 따를 것에 오류가능 곡선과 곡면 농도를 초과하는 하나의 전도 밴드 또는 원자 밴드의 밀도다(참조 부록 B). 는 경우에”전면 레이어는”그 결과의 이온 주입,불순물밀도 도달에 피크에 약간의 거리로 반도체;우리에 의해 결정된 반도체,그 결정 방향,불순종하고 에너지의 임플란트를 실시하여야 합니다. 분자 빔 에피 택시와 같은 현대 기술을 활용하면 대략 5×1019/cm3 인 상태 수준의 대략 밀도에서”전면 층”농도를 유지할 수 있습니다. 이 불순물 농도가 충분히 높은 부정적인 영향을 주는 수명의”전면 레이어”하지만 그것 또한 높은 충분히 지원하는 얇은”전면 레이어 없이”있는 과도한 저항이 있습니다.
기판 불순물 농도 작아야를 향상시키기 위해서는 확산에 길이 고갈 레이어의 폭이지만,필요할 충분히 높은 줄이 대량 시리즈 저항의 태양 전지입니다. 이 대량 시리즈 저항,rD,에 의해 제공됩니다.
1 길이의 기판(일반적으로 촬영하 150μm 이 작품에서);광고가 접속한 지역,태양 전지,우리는 가정과 같은 단면적의 기판;µSm 은 기판 대부분 carrier mobility; 그리고 Ns 는 기질 내의 불순물 농도이다. V 장에서 포화 전류와 관련하여 1016/cm3 의 기판 불순물 농도를 사용했습니다. 이것은 포화 전류 밀도의 낮은 값을 생성했습니다. 이전에 이 장에서는 우리 이용한 기판의 불순물 농도의 1014/cm3 기 때문에 이 값을 수확량 더 넓은 고갈 층 폭,비용의 증가한 채 현재의 밀도입니다. 실제로,캐리어 농도의 약 1015/cm3 제공합 만족스러운 사이에 균형 시리즈 저항,확산 길이,채도,현재의 및 처리 기술입니다.
1015/cm3 과 동일한 NS 값과 5×1019/cm3 과 동일한 NL 값을 사용하여 부록 B,문헌 및 III 장의 mobilities 및 lifetime 값과 함께 표 VI.7 에 제공된 데이터를 가지고 있습니다. 이것이 입력으로 사용될 계산하기 위해 소수 캐리어의 확산에서 길이 기판 태양 전지로 만든 예 반도체.
표 VI.7. 추정된 값의 불순물 농도,소수 캐리어 기동성과 수명 기능으로의 반도체에 대한 온도의 300°K 고 여섯 예 반도체.
| 반도체 | Si | InP | GaAs | CdTe | AlSb | CdSe |
|---|---|---|---|---|---|---|
| “프론트 층” | ||||||
| 농도(cm−3) —–5 × 1019—– | ||||||
| “front layer” mobility (cm2/volt-second) | ||||||
| p-type layer | 135 | 450 | 1000 | 700 | 140 | —– |
| n-type layer | 80 | 150 | 100 | 50 | 180 | 450 |
| “front” layer lifetime (seconds) | ||||||
| p-type layer | 10−7 | 10−10 | 10−10 | 10−9 | 10−10 | —– |
| n-type layer | 10−7 | 10−10 | 10−10 | 10−9 | 10−10 | 10−10 |
| Substrate | ||||||
| Concentration (cm−3) ————-1 × 1015————– | ||||||
| substrate mobility (cm2/volt-second) | ||||||
| p-type layer | 1500 | 3500 | 6500 | 950 | 200 | —– |
| n-type layer | 500 | 600 | 350 | 90 | 400 | 600 |
| substrate lifetime (seconds) | ||||||
| p-type layer | 8×10−5 | 6×10−8 | 6×10−8 | 2×10−6 | 1×10−7 | —– |
| n-type layer | 8×10−5 | 3×10−8 | 3×10−8 | 1×10−7 | 9×10−8 | 1.5×10-9 |
에서는”사실적”태양전지,모두 소수 캐리어 이동도 및 수명을 잘 수 있습보다 작은 값에서 제공하는 테이블 VI.7,특히 경우에는 처리에 관련 된 제작는 태양전지는 불량입니다. 그러나,표 VI.7 에 비치 된 이동성 및 수명은 달성 가능하며 표 VI.8 의 확산 길이로 이어진다.
표 VI.8. 예상 소수 캐리어의 확산에 길이 n-and p-type 지역에 태양 전지의 고용 예 반도체, 300°K
| 반도체 | Si | InP | GaAs | CdTe | AlSb | CdSe |
|---|---|---|---|---|---|---|
| “프론트 층”확산에 길이(μm) | ||||||
| p-type 층 | 5.91 | 0.341 | 0.509 | 1.35 | 0.191 | —– |
| n-type layer | 4.55 | 0.197 | 0.161 | 0.36 | 0.216 | 0.341 |
| substrate diffusion length (μm) | ||||||
| p-type layer | 577 | 145 | 198 | 436 | 44.7 | —– |
| n-type layer | 322 | 42.4 | 32.4 | 30 | 60 | 9.49 |
토론에서와 관련된”죽은 층”두께서 장 V,무겁게 도핑”전면 레이어는”지역에서 표준이나 수직 구성 단계 접속 및 이종접합 태양 전지 작은 것,최대 두께서 미크론. 이후 이 지역은 낮은 일생(표 참조 VI.7),표면 재조합의 속도 같은 크게 도핑 지역은 높은,그것을 가능성이 큰 비율의 캐를 수집하고 분리에 있습니다. 따라서 표 VI.8 에 제공된”전면 층”에 대한 확산 길이는 적절하다. 그러나 기판은 또 다른 문제입니다. 을 위해 모든 구성의 태양 전지 셀,전자-정공쌍에 의해 생성됩니다 광자 흡수 이내에 몇 가지의 거리를 분명히 표면입니다. 그림 IV.7 및 IV.8 에서이 거리는 표 VI.9 에 나와 있습니다.
표 VI.9. The approximate depth beneath the illuminated surface at which electron-hole pair optical generation ceases (μm)
| Semiconductor | Si | InP | GaAs | CdTe | AlSb | CdSe |
| Depth | 1000 | 0.3 | 2 | 20 | 8 | 1 |
From practical considerations we have set the maximum solar cell thickness to a value of 150 μm. 이로 인해 실리콘 기반 태양 전지에 대해 약 5%의 잠재적으로 전환 가능한 태양 에너지가 손실됩니다. 참고,다른 예는 반도체,흡수 빠르게 발생하는 이 제한의 두께 태양 전지 셀룰라가 아무 효과가 없습니다. 의 값을 비교하는 광학적 흡수 깊이에서 테이블 VI.9 으로 확산에 길이에 제시된 표 VI.8,우리는,150μm 두꺼운 태양세포 확산에 길이 모든 여섯 예 반도체 물질은 적절한 수집하는 모든의 광학적으로 생성되는 위탁업자에 대한 표준을 구성 태양광 셀*.
반전 및 수직 구성 태양 전지를 고려하십시오. 에서 우리의 토론에서 연결을 그림으로 VI.1VI.2 와 테이블 VI.9 그것은 가능한 한,이러한 구성에서,광학 구멍-전자 쌍대치 거리에서 가깝게 150μm 에서 교차점에 있습니다. 을 고려하면 소수 캐리어의 확산 길이의 테이블 VI.8 우리가 주는 경우,기판 p 형,다음을 실리콘,인듐 인화물,비화 갈륨 및 카드뮴 telluride 가능성이 있을 수집의 거의 모든 구멍의 전자 쌍이다. 지 않기 때문에,모든 경우에도 실리콘의 함 557μm 소수 캐리어의 확산 길이,의 확산에 길이의 이러한 예 반도체지 않을 네 번 이상 150μm 제한. 인듐 인화물 및 갈륨 비소의 경우 확산 길이는 150μm 의 최대 생성 거리와 거의 같습니다. 의 경우에는 n 유형 기판만 실리콘에는 충분히 큰 소수 캐리어의 확산 길이,오래도의 컬렉션의 대부분은 구멍-전자 쌍이다.
전하 캐리어 손실의 추가 소스가 있습니다. 조명의 표면에 수직 교차로 구성 태양전지에 의해 형성 단면 원래의 웨이퍼십시오(토론 협회에서 그림 VI.2). 이 절차는 표면 재결합 속도를 향상시키고 이들 장치에 대한 광전류를 감소시킨다. 이 문제는 반전 된 구성의 태양 전지로 그렇게 심각하지 않다는 점에 유의하십시오. 이러한 장치 구성의 경우,제작 공정은 표면 재결합 속도를 최소화하도록 맞춤화됩니다. 표준 구성 태양 전지에서 표면 재조합은”죽은 층”에 기여하며,따라서 이미 고려되었다. 마지막으로,기판 접촉에서 표면 재조합은 본질적으로 무한대로 가정된다는 점에 유의하십시오(III 장의 토론 참조). 이것은 잘못된 방향으로 전하 캐리어를 깔때기 기판 접촉 부근에서 소수 농도 구배를 생성한다. 그림 6 의 연구.1 것을 입증하는 독자는 이 문제가 중요한 표준 구성 태양전지 및 그 거꾸로 구성 태양전지의 기판에 연락처를 비 조명 표면입니다. 그것은,그러나 중요한 수직 교차점 태양전지의 결과로서”죽은 층의”가까운 기판에 접촉시키고 전체적인 성능에 대한 태양 전지입니다.
해결책이 있다 모든 이러한 문제는 솔루션을 추가 이점을 감소시키기의 기판 시리즈 저항입니다. 그림 VI.3 에 표시된 태양 전지의 에너지 대 거리 다이어그램을 고려하십시오.
그림 VI.3. 기판에 불순물 농도가 가변적 인 태양 전지. Ec 는 전도 밴드의 하부 에지이고,EF 는 페르미 레벨이며,Ev 는 원자가 밴드의 상부 에지이다.
그림 VI 에서.3 게 도핑”앞 층”으므로 일정한 불순물 농도의 약 5×1019/cm3x=0(교차점)기판은 상대적으로 가볍게 도핑(불순물 농도의 약 1019/cm3)지만,농도의 불순물(수용체 예제에서의 그림 VI.3)의 기판으로 증가 거리에서 교차점은 증가합니다. 그 결과 소수 캐리어를 접합쪽으로 밀어 넣는 내장 전기장이 생깁니다. 이 전기장은 다음에 의해 주어진다:
여기서 Ns(x)는 기질 불순물 농도이다. 이에 따라 다릅 약 1014/cm3 값 순서에 의 1017 1018/cm3(보다 작은 값을 십분의 효과적의 상태 밀도 값을 위해 기판*). 한 경우에는 우리가 원하는 상수 값의 전기 필드 E 다음 기판의 불순물 농도가 될 것이다:
어디 Ns(o)기판 불순물 농도에서 교차점 및 x 긍정적으로 기판#.
150μm 폭의 기판을 가정한다. 이어서,16 볼트/cm 의 기판에서의 전기장에 대해,비율 Ns(150)/Ns(o)는 만이다. 이러한 분야를 확장,의 폭 기질,수집하는 데는 기본적으로 모든 구멍의 전자 쌍에서 생성된 기판 및 그들을 수송하는 가장자리의 고갈 계층입니다. 차례로,고갈 층은 정공-전자쌍을 분리한다. 추가 된 이점으로서,여기에서 논의 된 등급 화 된 기판은 또한 기판 접촉에서 표면 재결합 속도를 분리시키는 역할을한다.
표준,반전 또는 수직 구성의 태양 전지에서 예상 할 수있는 광전류를 고려하십시오. 가정 우리는 거꾸로 구성 태양전지로,등급을 매긴 기질,95%효율적인 반사 방지 코팅 및 100%수집 효율성을 위해 모든 생성되는 구멍-전자 쌍이다. 예상되는 광전류 밀도는 표 VI.10 의 것이다.
표 VI.10. Estimated photocurrent density (mA/cm2) in an inverted configuration solar cell at 300° K
| Semiconductor | Si | InP | GaAs | CdTe | AlSb | CdSe |
|---|---|---|---|---|---|---|
| AM0-conditions | 44.65 | 41.7 | 37.2 | 35.8 | 28.6 | 26.0 |
| AM1-conditions | 36.1 | 31.8 | 28.7 | 27.2 | 21.9 | 20.5 |
경우에는의 수직 구성 태양전지 우리가 포함해야 합니다 추가적인 손실에서 표면 재조합 때문에는 사실의 표면에는 조명이었에서 절단한 웨이퍼(참조하십시오 첨부된 그림 VI.2). 10,000cm/초의 합리적인 표면 재조합 속도를 가정하고,표 VI.7 및 그림 III 의 데이터를 사용한다.8,우리는 우리를 추정할 수 있는 최대의 실현 가능한 광 전류 밀도가 될 것이 5%또는 그래서 아래 photocurrents 의 역 태양 전지,열매를 산출 숫자의 테이블 VI.11.
그림 VI.8. Photovoltage 때 전달되는 태양전지원은 최,VD’,을 위한 표준 구성 태양전지 기능으로의 방벽 및 기판,아래 AM1 빛,300°K 고에 대한 여섯 예 반도체.
접합 기호: Heterojunction 의 경우 H,pn 접합의 경우 P,Schottky 장벽의 경우 S 및 pn 및 heterojunctions 의 경우 B.
기판 기호:n-유형의 경우 n,p-유형의 경우 p 및 두 유형의 경우 e.
표 VI.11. 예상 광 전류 밀도(mA/cm2) 수직 구성 태양전지에 300°K
| 반도체 | Si | InP | GaAs | CdTe | AlSb | CdSe |
|---|---|---|---|---|---|---|
| AM0 조건 | 42.7 | 39.5 | 35.3 | 33.9 | 27.1 | 24.7 |
| AM1-conditions | 34.2 | 30.1 | 27.2 | 25.7 | 20.8 | 19.5 |
The expected photocurrent from a standard configuration solar cell is still less. 추가적인 재조합으로 인한 손실을”죽은 층”(는 결과가 크게 도핑”앞 층”)에 pn 접합 단계에서,인터페이스를 효과에 이종접합 태양전지와 반사 효과서의 경우 모스 및 Schottky junction 태양 전지입니다. 다음 표에서 표준 구성 태양 전지에 대한 추정 된 광전류 밀도가 제공됩니다. 의 경우에는 pn 접합 단계로,”앞 층”은 얇을 최소화하는”죽은 층을”간격(이 층에서 0.3~0.6μm 두께). “죽은”레이어는”전면 레이어”를 완전히 채우지는 않지만 상위 3 분의 1 정도를 포함합니다. 가이”죽은 층”,참으로,완전히 죽을 활용하여 수치 IV.10IV.11 예상 최대의 광 전류밀도에 대한 표준을 구성 pn 접합 단계 태양 전지에서 제공하는 테이블 VI.12. 추정 가능한 photocurrents 을 위한 표준 구성 단계적 이종접합과 단절적 이종접합은 높기 때문에”죽은 레이어는”존재하지 않습–반도체를 형성하는”앞 층”되고 투명한 광양자의 관심입니다. 광전류는 쇼트 키 배리어 표준 구성 태양 전지에 대해서도 추정된다. 의 존재하는 금속층을 조명한 쪽의 태양전지 대폭 줄여 잠재적인 광 전류와 값을 표 VI.12 에서,최고 추정합니다.
표 VI.12. 예상 광 전류 밀도(mA/cm2)에서 표준 구성 태양전지에 대한,pn 접합 단계, 이종접합과 Schottky 접속 장치에서 300°K
| 반도체 | Si | InP | GaAs | CdTe | AlSb | CdSe |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 이종접합 태양 전지 | ||||||
| AM0 조건 | 37.95 | 35.44 | 31.62 | 30.43 | 24.31 | 22.10 |
| AM1-conditions | 30.68 | 27.03 | 24.40 | 23.12 | 18.62 | 17.42 |
| pn step junction solar cells | ||||||
| AM0-conditions | 31.77 | 07.02 | 20.88 | 22.54 | 18.45 | 11.25 |
| AM1-conditions | 25.02 | 05.67 | 15.75 | 17.10 | 14.04 | 09.18 |
| Schottky junction solar cells | ||||||
| AM1-conditions | 10.59 | 02.34 | 06.96 | 07.53 | 06.15 | 03.75 |
| AM1-conditions | 8.34 | 01.89 | 05.25 | 05.70 | 04.68 | 03.06 |
In studying Table VI.12 그것은 높은 흡수 계수의 InP 결과에서는 비정상적으로 높은 손실을 재조합 단계에서 pn junction 표준 구성 태양 전지입니다. 또한,모든 하나의 예제 반도체,감소에서 예상되는 광 전류 밀도에서 반전 구성을 통해 수직 구성 및 표준 구성이 있습니다. 이 감소가 미성년 때 수직 및 거꾸로 구성 태양전지에 비해,그러나 중요한 비율을 때 표준 구성 태양전지로 간주됩니다. 그것은 아무리 강조해도 지나치지 않는 값의 예상되는 광 전류 밀도 테이블에서 VI.10VI.12 는 견적을하고 강하게 의존에서 제조 기술을 채택 건설에는 태양에 따라 표면에 크리스탈,방향 및 반도체. 위에 나열된 값을 해야 실현 가능한 경우,충분한 관리를 행사하지만,”실”에서 제작 기술 및 표면 준비 상당한 감소가 발생할 수 있습.
이 장의 전반적인 목적은 여러 가지”현실적인”상황에 대한 성능 추정치를 제공하는 것입니다. 표 VI.12 의 이종 접합 및 pn 단계 접합 광전류 밀도 추정치는 합리적이다. 쇼트 키 광전류 밀도 추정치는 더 문제가된다. 을 허용하기 위해 광자 침투의 금속층에서 최고의 쇼트키 다이오드 레이어야 합 매우 얇은(<500Å). 그렇더라도 광자 반사로 인해 상당한 손실이 있으며 이러한 장치에서의 광전류 밀도는 작습니다.