太阳电池少子复合原理以及与转换效率的关系.pptVIP

少子寿命的复合原理及 少子与转换效率的关系 目 录 一、复合理论 二、少子寿命测试方法及原理 三、少子寿命与电池效率的关系 一、复合理论 所有处在导带中的电子都是亚稳定状态的，并最终会回到价带中更低的能量状态。即必然会跃迁回到一个空的价带能级中。 导带电子回到价带的同时也有效地消除了一个空穴。这个过程叫做复合。 （1）按复合相关的能级： 直接复合 间接复合 （2）按复合过程发生的位置： 体内复合、表面复合 （3）按复合时放出能量的方式： 辐射复合：发射光子，能量→光子 发射声子：发射声子，能量→晶格振动 俄歇复合：能量→其它载流子 一、复合理论 复合分类： 概念：电子直接在导带和价带间 跃迁而引起的非平衡载流子 的复合过程。 在辐射复合中，电子与空穴直接在价带结合并释放一个光子。 释放的光子的能量近似于禁带宽度，所以吸收率很低，大部分能够飞出半导体。 载流子多余的能量是以光子的形式释放的，或者为满足准动量守恒，在发射光子的同时，伴随着发射或吸收声子。 1.1 直接复合 r——电子－空穴的复合概率 n0p0——热平衡状态下电子、空穴浓度 △p——非平衡载流子浓度 大注入条件下，△p（n0＋p0） 少子寿命随非平衡载流子浓度而改变，在复合过程中不再是常数 直接复合对窄禁带半导体，和直接禁带半导体，占优势。 1.1 直接复合 概念：电子通过禁带中缺陷、杂质能级的复合 复合中心：促进复合过程的杂质和缺陷 考虑一种复合中心能级Et，存在四个相关的微观过程。 1.2 间接复合 甲:俘获电子 Et从Ec俘获电子 乙:发射电子 Et上的电子激发到Ec 丙:俘获空穴 电子从Et进入EV 丁:发射空穴 价带电子激发到Et上 甲 乙 丙 丁 通过复合中心的辐射也叫肖克莱-莱德-霍尔或SRH复合，它不会发生在完全纯净的、没有缺陷的半导体材料中。 1.2 间接复合 1.2 间接复合 n1 ——费米能级与复合中心重合时导带的平衡电子浓度 p1 ——费米能级与复合中心重合时价带的平衡空穴浓度 Nt ——复合中心浓度 显然：少子寿命τ与复合中心浓度Nt成反比。 当Et ≈ Ei时，U最大，τ=△p/U最小 即缺陷能级位置在趋于禁带中部时，载流子的寿命最小，也就是和浅能级相比，深能级是更有效的复合中心。 硅晶体中的Cu、Fe 、Au等杂质形成的深能级均是有效的复合中心，从而降低硅块/硅片少子寿命。 1.2 间接复合 电子—空穴对净产生速率 概念： 一个俄歇复合过程有三个载流子参与。载流子从高能级向低能级跃迁，发生电子－空穴对复合时，释放的能量传递给另一个载流子，使该载流子被激发到更高的能级上去，被激发的载流子重新跃迁回低能级时，多于能量以声子形式释放的过程，即非辐射复合，又叫俄歇复合。 俄歇复合是重掺杂材料和被加热至高温的材料最主要的复合形式。 1.3 俄歇复合 通常：俄歇复合在窄禁带半导体、高温情况下起重要作用。 与杂质、缺陷有关的复合过程，常常是影响半导体发光器件的发光效率的重要因素。 1.3 俄歇复合 概念：指在半导体表面发生的复合过程 特点： ? 材料表面的杂质形成禁带中的复合中心能级 ? 表面特有的缺陷形成禁带中的复合中心能级 ? 是间接复合－的复合机构 ? 用间接复合理论来处理 1.4 表面复合 少子寿命与表面复合的关系： 假设两种复合独立发生，则总复合概率为： 其中：τV、τS ——分别为体内、表面的少子寿命，τ ——有效寿命 1/τS ——表面复合概率，1/τV ——体内复合概率 1.4 表面复合 二、少子寿命 当存在光、电场等外界因素时，热平衡条件被破坏，材料中载流子的浓度将高于n0、p0，称高出部分为非平衡载流子，也称过剩载流子。 p型半导体，空穴为非平衡多数载流子，即多子 电子为非平衡少数载流子，即少子 非平衡载流子的寿命——指非平衡载流子的平均生存时间，用τ表示 载流子消失的过程，主要决定于非平衡少数载流子，因此非平衡载流子寿命通常可以用非平衡少数载流子寿命表示，称为少数载流子寿命，简称少子寿命。 二、少子寿命测试方法 少子寿命测量方法包括非平衡载流子的注入和检测两个基本方面。最常用的注入方法：光注入和电注入。 少子寿命测试方法有一下几种： 微波光电导衰减法（MW-PCD）； 准稳态光电导法（QSSPC）； 表面光电压法（SPV）； IR浓度载流子浓度成像（CDI）； 调制自由载流子吸收（MFcA）； 光子束诱导电流（LBIC）； 电子束诱导电流（EBLC）。 2.1