Проект цеха по производству мультикремния для солнечных элементов
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
и существующим в нем электрическим полем выносятся в n-область (рис.2) [2].
Рис.2. Зонная модель разомкнутого p-n-перехода: а) - в начальный момент освещения, б) - изменение зонной модели под действием постоянного освещения и возникновение фото-ЭДС.
Аналогично и избыточные дырки, созданные в n-слое, частично переносятся в p-слой (рис. 2,а). В результате n-слой приобретает дополнительный отрицательный заряд, а p-слой - положительный. Снижается первоначальная контактная разность потенциалов между p- и n-слоями полупроводника, и во внешней цепи появляется напряжение (рис. 2,б). Отрицательному полюсу источника тока соответствует n-слой, а p-слой - положительному.
Движение избыточных носителей заряда зависит от того, где они возникают, т.е. в каком месте поглощается свет. Если он поглощается в р-области, то электронно-дырочные пары, находящиеся на расстоянии меньшей от диффузионной длины р-n-перехода, смогут достигнуть его.
Длина диффузии определяется по формуле [2]:
1диф= * t, (1)
где D - коэффициент диффузии, t - время жизни.
Рекомбинация носителей заряда, когда свободный электрон непосредственно переходит из зоны проводимости в валентную зону, т. е. заполняет дырку в ковалентной связи атомов (прямая рекомбинация), маловероятна. Причиной этого является редкость события, при котором электрон и дырка находились бы одновременно в одном и том же месте кристалла и имели бы небольшую скорость. Основную роль в рекомбинации носителей заряда играют так называемые центры рекомбинации - ловушки, имеющие в запрещенной зоне энергетические уровни, способные захватить электроны. Процесс рекомбинации с участием ловушки протекает в две стадии: свободный электрон вначале переходит на уровень ловушки, а затем в валентную зону.
Центрами рекомбинаций могут быть примесные атомы, дефекты кристаллической решетки, расположенные в объеме или на поверхности кристалла. Т.е. снижение количества дефектов увеличивает время жизни носителей заряда.
Потенциальный барьер р-n-перехода способствует переходу электронов (неосновных носителей заряда в р-область). Электроны сваливаются в потенциальную яму. Соответственно, если излучение поглощается в n-области, то через р-n-переход могут пройти только дырки (не основные носители заряда в n-области). Если же излучение поглощается в области объемного заряда, то электроны переносятся электрическим полем в n-область, а дырки в р-область. Таким образом, электрическое поле р-n-перехода разделяет избыточные носители заряда.
Поскольку из обеих областей через р-n-переход уходят только не основные носители заряда, то можно iитать, что они увеличивают обратный ток р-n-перехода.
В большинстве случаев практических применений, излучение воздействует на структуру перпендикулярно плоскости р-n-перехода.
Фотогальванический эффект - возникновение электрического тока при освещении образца-полупроводника или диэлектрика, включённого в замкнутую цепь (фототок), или возникновение ЭДС на освещаемом образце при разомкнутой внешней цепи (фото-ЭДС) (рис.3) [2].
Рис.3. Вольтамперная характеристика p-n перехода: Ф=0 - темновой ток, Jкз - ток короткого замыкания, Vxx - напряжение холостого хода.
Освещенный р-n-переход используется в двух режимах работы:
1). В режиме генерации фото-ЭДС. (режим холостого хода, т.е. без нагрузки, при котором проявляется собственно фотогальванический эффект), рис.4 [2] ;
Рис.4. Режим генерации фото-ЭДС: Ф-поток фотонов.
2). В фотодиодном режиме, схематически показанном на рис.5 [2].
Рис.5. Фотодиодный режим включеия: Ф-поток фотонов, Rн - нагрузка.
Во втором случае под действием источника напряжение в цепи фотодиода, включенного в непроводящем направлении, в отсутствие напряжения течет небольшой температурный ток. В этом случае фотодиод ничем не отличается от обычного диода. При освещении диода поток неосновных носителей заряда через p-n переход увеличивается. Увеличивается также и ток во внешней цепи, определяемый напряжением источника и световым потоком, падающим на диод. Фототок суммируется с обратным тепловым током.
В режиме генерации фото-ЭДС фотоприемник работает как солнечный элемент, а фотосигнал представляет собой напряжение, возникающее на клеммах фотодиода под действием излучения.
В режиме разомкнутой цепи, когда ток равен нулю, на концах полупроводника возникает разность потенциалов U, называемая фото-ЭДС.
Значение фото-ЭДС пропорционально скорости генерируемых пар, т.е. числу пар, создаваемых светом в одном сантиметре кубическом полупроводника в 1 секунду. Это значит, что фото-ЭДС пропорциональна интенсивности света. Кроме того, значение фото-ЭДС зависит от диффузионных длин неосновных носителей заряда.
Основными характеристиками фотоэлемента являются: интегральная чувствительность, коэффициент полезного действия, частотные и температурные характеристики.
По определению, интегральная чувствительность K выражается формулой:
К = Lкз/Ф, (2)
где Lкз - фототок, проходящий при замыкании концов перехода, через нагрузочное сопротивление, Ф - световой поток.
Значения К полупроводниковых элементов в настоящее время лежат в широком интервале от 600 до 20000 мкА/Лм.
Спектральная характеристика есть ничто иное, как зависимость фототока от длины волны падающего света при постоянном световом потоке, который условились принимать равным 1Лм.
Следует отмети
Copyright © 2008-2014 geum.ru рубрикатор по предметам рубрикатор по типам работ пользовательское соглашение