Płytki krzemowe i krzemowe ogniwa słoneczne są typowymi przedstawicielami odpowiednio materiałów półprzewodnikowych i urządzeń półprzewodnikowych. Parametry charakterystyczne półprzewodników mierzą i charakteryzują właściwości materiałów i ich urządzeń. Ze względu na to, że nośniki ładunku są nośnikami funkcjonalnymi materiałów i urządzeń półprzewodnikowych, ich ruch generuje prądy i pola elektryczne. Jednocześnie nośniki ładunku mają takie właściwości, jak luminescencja i promieniowanie cieplne. Dlatego parametry nośników ładunku są podstawą do charakteryzowania charakterystyk transportowych nośników ładunku w materiałach i urządzeniach półprzewodnikowych oraz stanowią ważną składową parametrów charakterystycznych płytek krzemowych i krzemowych ogniw słonecznych. Kiedy płytki krzemowe są przetwarzane i produkowane w celu utworzenia krzemowych ogniw słonecznych, różnica w złączu pn i poziomie Fermiego prowadzi do separacji nośników i powstania napięcia, co z kolei odzwierciedla i wpływa na charakterystykę woltoamperową ogniw słonecznych poprzez parametry wydajności elektrycznej, takie jak prąd nasycenia, współczynnik wypełnienia i wydajność konwersji fotoelektrycznej. Na podstawie powyższej analizy do głównych parametrów charakterystycznych płytek krzemowych zaliczają się parametry nośnika.
Nośniki dzielą się na nośniki większościowe i nośniki mniejszościowe, w tym elektrony i dziury. Dyfuzja i dryf nośników ładunku stanowią podstawę przesyłu prądu w urządzeniach półprzewodnikowych. Parametry transportu nośników to podstawowe parametry opisujące ruch i koncentrację nośników, obejmujące głównie czas życia nośnika, współczynnik dyfuzji oraz szybkość rekombinacji powierzchni przedniej i tylnej. Parametry te bezpośrednio odzwierciedlają właściwości fizyczne i elektryczne materiałów półprzewodnikowych, wpływając na stężenie i ruchliwość nośnika; Stężenie domieszkowania to kolejny ważny parametr określający stężenie nośnika, wpływający na takie parametry, jak rezystywność materiału i żywotność nośnika oraz określający wydajność urządzenia.
Stężenie nośnika
Większość urządzeń półprzewodnikowych to mniejszościowe urządzenia nośne, takie jak krzemowe ogniwa słoneczne. Wszystkie parametry nośnej wymienione w dalszej części tego artykułu są parametrami nośnymi mniejszości. W stanie równowagi termicznej półprzewodniki mają równe stężenia dziur i elektronów i znajdują się w stanie ustalonym; Poddane działaniu bodźców zewnętrznych (takich jak światło, prąd, ciepło itp.) półprzewodniki znajdują się w stanie nie-równowagowym, ze wzrostem liczby elektronów i dziur, tworząc nadmiarowe nośniki ładunku. Czas życia nośników ładunku odnosi się do średniego czasu istnienia nadmiarowych nośników ładunku, a koncentracja nośników ładunku podlega wykładniczemu prawu zaniku.
Żywotność przewoźnika
Czas życia nośnika można podzielić na czas życia rekombinacji radiacyjnej, czas życia rekombinacji Augera i czas życia rekombinacji Shockley Read Hall (SRH) w zależności od rodzaju rekombinacji nośnika. Żywotność nośnika jest ważnym parametrem odzwierciedlającym koncentrację defektów materiałów i urządzeń, a także ważnym wskaźnikiem pomiaru prędkości przełączania urządzenia, wzmocnienia prądu, napięcia i innych charakterystyk. Odgrywa także ważną rolę w wydajności elektro-elektrooptycznej i fotokonwersji urządzeń optoelektronicznych, takich jak lasery półprzewodnikowe, fotodetektory i ogniwa słoneczne.
Szybkość rekombinacji powierzchni
Nośniki rekombinują zarówno wewnątrz, jak i na powierzchni materiału. Prędkość rekombinacji powierzchniowej (s) to wielkość fizyczna opisująca prędkość, z jaką nośniki ładunku rekombinują na powierzchni. Im dłuższa żywotność kompozytu powierzchniowego, tym niższy współczynnik kompozytu powierzchniowego i odwrotnie, wyższy współczynnik kompozytu powierzchniowego. Chropowatość powierzchni, wiszące wiązania powierzchniowe oraz inne właściwości i stany fizyczne powierzchni są kluczowymi czynnikami wpływającymi na szybkość rekombinacji powierzchni. Szybkość rekombinacji powierzchni jest ważnym parametrem użytkowym, który charakteryzuje jakość powierzchni materiałów.
Efektywna żywotność
Efektywny czas życia nośnika to parametr, który łączy czas życia w masie i czas rekombinacji powierzchniowej i jest charakterystyką całkowitego czasu życia nośnika dla określonej próbki. Obecnie większość technologii wykrywania wykrywa czas życia nośnika jako efektywny czas życia nośnika, który nie pozwala na oddzielenie czasu życia w masie od szybkości rekombinacji powierzchniowej. Dlatego trudno jest analizować wpływ procesów obróbki powierzchni, defektów objętościowych i domieszkowania na działanie płytek krzemowych i ogniw słonecznych jeden po drugim.
Współczynnik dyfuzji
Współczynnik dyfuzji (D) jest wielkością fizyczną charakteryzującą prędkość, z jaką nośniki ładunku przechodzą przez granicę faz w jednostce czasu i powierzchni. Współczynnik dyfuzji i czas życia nośnika wspólnie określają długość dyfuzji nośnika, która jest typowym parametrem oceny właściwości materiału. Im dłuższa długość dyfuzji nośnika, tym lepsza jakość materiału; W przypadku ogniw słonecznych im dłuższa długość dyfuzji nośnika, tym lepsza skuteczność separacji i gromadzenia nośników oraz wyższa wydajność konwersji fotoelektrycznej.
Doping
Doping: kluczowy krok w produkcji półprzewodników
Domieszkowanie jest niezbędnym etapem powstawania półprzewodników funkcjonalnych, a stężenie domieszkowania ma istotny wpływ na parametry rezystywności i transportu nośnika. Półprzewodniki samoistne, tj. półprzewodniki niedomieszkowane, mają bardzo wysoką oporność elektryczną w temperaturze pokojowej. Wraz ze wzrostem stężenia domieszki maleje oporność elektryczna, a czas życia nośnika i długość dyfuzji stopniowo się zmniejszają.
