Placile de siliciu și celulele solare de siliciu sunt reprezentanți tipici ai materialelor semiconductoare și, respectiv, dispozitivelor semiconductoare. Parametrii caracteristici semiconductorilor măsoară și caracterizează performanța materialelor și a dispozitivelor acestora. Datorită faptului că purtătorii de sarcină sunt purtătorii funcționali ai materialelor și dispozitivelor semiconductoare, mișcarea acestora generează curenți și câmpuri electrice. În același timp, purtătorii de sarcină au caracteristici precum luminiscența și radiația termică. Prin urmare, parametrii purtătorilor de sarcină sunt baza pentru caracterizarea caracteristicilor de transport ale purtătorilor de sarcină în materiale și dispozitive semiconductoare și sunt o componentă importantă a parametrilor caracteristici a plachetelor de siliciu și a celulelor solare de siliciu. Atunci când plachetele de siliciu sunt procesate și fabricate pentru a forma celule solare de siliciu, diferența de joncțiune pn și nivelul Fermi duce la separarea purtătorului și formarea tensiunii, care, la rândul său, reflectă și afectează caracteristicile voltaj amperului celulelor solare prin parametrii de performanță electrică, cum ar fi curentul de saturație, factorul de umplere și eficiența conversiei fotoelectrice. Pe baza analizei de mai sus, principalii parametri caracteristici ai plachetelor de siliciu includ parametrii purtători.
Purtătorii sunt împărțiți în purtători majoritari și purtători minoritari, inclusiv electroni și găuri. Difuzia și deriva purtătorilor de sarcină formează baza pentru transmiterea curentului în dispozitivele semiconductoare. Parametrii de transport al purtătorilor sunt parametrii de bază care descriu mișcarea și concentrația purtătorilor, incluzând în principal durata de viață a purtătorului, coeficientul de difuzie și ratele de recombinare a suprafețelor din față și din spate. Acești parametri reflectă direct proprietățile fizice și electrice ale materialelor semiconductoare, afectând concentrația și mobilitatea purtătorului; Concentrația de dopaj este un alt parametru important care determină concentrația purtătorului, afectând parametri precum rezistivitatea materialului și durata de viață a purtătorului și determinând performanța dispozitivului.
Concentrația purtătorului
Majoritatea dispozitivelor semiconductoare sunt dispozitive purtătoare minoritare, cum ar fi celulele solare cu siliciu. Parametrii purtătorului menționați mai târziu în acest articol sunt toți parametrii purtătorilor minoritari. În starea de echilibru termic, semiconductorii au concentrații egale de găuri și electroni și sunt în stare de echilibru; Când sunt supuși unor stimuli externi (cum ar fi lumina, electricitatea, căldura etc.), semiconductorii sunt într-o stare de ne-echilibru, cu o creștere atât a electronilor, cât și a golurilor, formând purtători de sarcină în exces. Durata de viață a purtătorilor de sarcină se referă la durata medie de existență a purtătorilor de sarcină în exces, iar concentrația purtătorilor de sarcină urmează o lege de dezintegrare exponențială.
Durata de viață a transportatorului
Durata de viață a purtătorului poate fi împărțită în durata de viață a recombinării radiative, durata de viață a recombinării Auger și durata de viață a recombinării Shockley Read Hall (SRH) pe baza tipului de recombinare a purtătorului. Durata de viață a purtătorului este un parametru important care reflectă concentrația defectelor materiale și dispozitive, precum și un indicator important pentru măsurarea vitezei de comutare a dispozitivului, a câștigului de curent, a tensiunii și a altor caracteristici. De asemenea, joacă un rol important în eficiența electro-optică și de fotoconversie a dispozitivelor optoelectronice, cum ar fi laserele semiconductoare, fotodetectoarele și celulele solare.
Rata de recombinare a suprafeței
Purtătorii se recombină atât în interiorul, cât și pe suprafața materialului. Viteza (s) de recombinare a suprafeței este o mărime fizică care descrie viteza cu care purtătorii de sarcină se recombină pe o suprafață. Cu cât durata de viață a compozitului de suprafață este mai lungă, cu atât rata compozitului de suprafață este mai mică și, invers, cu atât rata compozitului de suprafață este mai mare. Rugozitatea suprafeței, legăturile suspendate ale suprafeței și alte proprietăți și stări fizice ale suprafeței sunt factori cheie care afectează rata de recombinare a suprafeței. Rata de recombinare a suprafeței este un parametru important de performanță care caracterizează calitatea suprafeței materialelor.
Durata de viață eficientă
Durata de viață efectivă a purtătorului este un parametru care combină durata de viață în vrac și durata de viață de recombinare a suprafeței și este o caracterizare a duratei de viață a purtătorului generală a unui eșantion specific. În prezent, majoritatea tehnologiilor de detectare detectează durata de viață a purtătorului ca durata de viață efectivă a purtătorului, care nu poate separa durata de viață în vrac și rata de recombinare a suprafeței. Prin urmare, este dificil de analizat efectele proceselor de tratare a suprafeței, defectelor în vrac și dopajului asupra performanței plachetelor de siliciu și a celulelor solare una câte una.
Coeficientul de difuzie
Coeficientul de difuzie (D) este o mărime fizică care caracterizează viteza cu care purtătorii de sarcină trec printr-o interfață pe unitatea de timp și zonă. Coeficientul de difuzie și durata de viață a purtătorului determină împreună lungimea difuziei purtătorului, care este un parametru tipic pentru evaluarea proprietăților materialului. Cu cât lungimea difuziei purtătorului este mai mare, cu atât calitatea materialului este mai bună; Pentru celulele solare, cu cât lungimea difuziei purtătorului este mai mare, cu atât eficiența de separare și colectare a purtătorului este mai bună și eficiența conversiei fotoelectrice este mai mare.
Dopaj
Dopajul: un pas cheie în fabricarea semiconductoarelor
Dopajul este un pas necesar în formarea semiconductorilor funcționali, iar concentrația de dopaj are un impact semnificativ asupra rezistivității și a parametrilor de transport al purtătorului. Semiconductori intrinseci, adică semiconductori nedopați, au rezistivitate electrică foarte mare la temperatura camerei. Pe măsură ce concentrația de dopaj crește, rezistivitatea electrică scade, iar durata de viață a purtătorului și lungimea difuziei scad treptat.
