Исследование влияния параметров состава Х на Выходные характеристики тандемных фотопреобразователей сО структурОЙ

Исследование влияния параметров состава х на ВыХОДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ тандемных фотопреобразователей сО структурОЙ AlGaAs-InGaAs-GaAs Слипченко Н.И., Письменецкий В.А., Лукьяненко В.Л., Гуртовой М.Ю. Харьковский национальный университет радиоэлектроники 61166, Харьков, пр. Ленина, 14, тел. (057)702-13-62, E-mail: cntm@ukr.net The approximating models of basic electrophysical parameters of triple compaunds AlхGa1-хAs and InхGa1-хAs at a composition parameter x variation are proposed. The influence of composition parameter x on output characteristics of tandem photoconverters with structure AlGaAs-InGaAs-GaAs has been investigated. Создание фотопреобразователей (ФП) на основе гетероструктур связано с использованием широкозонного «окна» из тонкого слоя p-AlGaAs, практически полностью прозрачного для солнечного излучения, и узкозонного n-GaAs [1].Дальнейшее увеличение КПД обеспечивают каскадные [2] солнечные элементы, изготовленные на основе многослойных гетероструктур с двумя и более p-n переходами в материалах с различной шириной запрещенной зоны. В работе [3] были проанализированы выходные параметры тандемного гетероФП с использованием входного широкозонного p-n перехода Al0,14Ga0,86As и выходного узкозонного — In0,4Ga0,6As [4]. Для тройных полупроводниковых соединений типа AlхGa1-хAs и InхGa1-хAs изменение основных электрофизических характеристик (в том числе параметра ) реализуется при изменении параметра состава х [5]. Это открывает потенциальную перспективу получения варизонных полупроводниковых материалов и определило основную задачу исследований настоящей работы. На первом этапе исследований авторами по экспериментальным данным работы [5] построены аппроксимационные модели, представляющие аналитические зависимости основных электрофизических параметров (диэлектрической проницаемости, собственной концентрации носителей, дрейфовой подвижности, ширины запрещенной зоны с учетом энергетических уровней зоны проводимости и валентной зон, плотности состояний в зонах, коэффициента поглощения) ранее указанных тройных соединений от параметра состава х. Для дальнейших расчетов наиболее важными из них являются ширина запрещенной зоны и спектральные характеристики в виде зависимости коэффициента поглощения от энергии фотона. Зависимости ширины запрещенной зоны от параметра состава х для фронтального и тыльного p-n переходов описываются следующими формулами Eg1 = (4×10-3) + 0,36 + 0,63x + 0,43x2; Eg2 = [(4,07 + 1,424) – (–0,46x)] – EC(x), (1) (2) где EC(x) - зависимость дна зоны проводимости от параметра состава х. Графики ранее указанных зависимостей, полученные с помощью соотношения (1), для фронтального перехода AlхGa1-хAs и соотношения (2) для тыльного перехода InхGa1-хAs представлены на рис.1, а и рис.1, б соответственно. Пунктирной горизонтальной линией на рис.1, б показан энергетический уровень дна зоны проводимости. а) б) Рис.1 Аналогично были получены зависимости коэффициента поглощения для фронтального перехода на основе AlхGa1-хAs и тыльного перехода InхGa1-хAs от параметра состава х. Графики этих зависимостей приведены на рис.2 в логарифмическом масштабе. Рис.2 Из графиков, приведенных на рис.2,а, следует, что при увеличении параметра состава х от нуля до 0,8 увеличивается ширина запрещённой зоны Eg фронтального p-n перехода на основе AlxGa1-xAs. В результате ширина спектра светового потока для тыльного перехода растёт. На рис 2,б показано увеличение ширины запрещенной зоны Eg для тыльного p-n перехода с ростом параметра х при фиксированном значении Eg фронтального p-n перехода. В результате разность значений Eg уменьшается. Таким образом показано, что изменение параметра состава х от 0 до 0,8 увеличивает ширину запрещённой зоны Eg фронтального p-n перехода на AlxGa1-xAs от 1,4 до 2 эВ, а тыльного перехода на InxGa1-xAs – от 0,4 до 1,1 эВ. Следовательно, принципиально возможно реализовать базовую ячейку многопереходной тандемной структуры с заданной шириной спектра поглощения. Для исследования применялась спектральная методика на основе известного соотношения для удельного спектрального и энергетического потока фотонов [2]. (3) где ε - текущее значение энергии фотонов в эВ. Для вычисления плотности тока генерации p-n перехода интегрируем спектральное распределение , а для перехода к фототокам вводим коэффициент собирания KSO, учитывающий различные виды потерь фотогенерированных носителей заряда. В результате получим (4) где jф1 и jф2 — плотности фототоков широко- и узкозонного p-n переходов соответственно. Далее с помощью известных соотношений определяются: напряжение Uxx, выходное напряжение Uвых , выходной ток Iвых , выходная мощность Рвых и КПД. Ранее [3] было показано, что достижение максимальной выходной мощности тандемных ФП требует сопряжения по току широко- и узкозонного p-n – переходов или при фиксированной ширине запрещенной зоны одного из них обеспечивается выбором материала второго полупроводника с необходимым значением параметра . Используя изложенную методику расчета тандемного ФП получены зависимости Iкз ,Uхх ,Iф ,Is ,Uopt ,Iopt КПД тандемного ФП от параметра состава х фронтального AlxGa1-xAs и тыльного InxGa1-xAs переходов. Зависимость КПД тандемного ФП от параметра х фронтального перехода представлена на рис.3,а и однозначно определяется аналогичными зависимостями для Iopt и Uopt. На участке x (0;0.2) Iopt слабо изменяется, а Uopt. возрастает. В результате при х=0,13 достигается максимальное значение КПД, при дальнейшем увеличении х>0,2 спад тока Iopt происходит быстрее, чем рост напряжения Uopt., поэтому КПД в целом будет уменьшаться. Зависимость КПД тандемной гетероструктуры от параметра состава х, тыльного перехода приведена на рис.3,б и обьясняется поведением Iopt=f(x) и Uopt=f(x). На интервале х (0;0.6) ток Iopt практически постоянный, а Uopt медленно возрастает, в результате КПД так же возрастает. а) б) Рис.3 На интервале х (0.6;0.8) напряжение Uopt мало изменяется а ток Iopt достигает максимума и резко уменьшается, что определяет дальнейшее поведение КПД =f(x). Выводы 1. Показано, что изменение параметра состава х от 0 до 0,8 увеличивает ширину запрещенной зоны Eg фронтального p-n перехода на AlxGa1-xAs от 1,4 до 2 эВ, а тыльного перехода на InxGa1-xAs — от 0,4 до 1,1 эВ. Таким образом, принципиально возможно реализовать базовую ячейку многопереходной тандемной структуры с заданной шириной спектра поглощения. 2.Существуют оптимальные значения КПД тандемной гетероструктуры при изменении параметра состава х фронтального и тыльного переходов. Список литературы: 1. Алферов, Ж.И. Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики. [Текст] / Ж.И. Алферов, В. М. Андреев, В. Д. Румянцев // ФТП. — 2004. — Т. 38. В. 8. — С. 937-941. 2. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: Кн.2. Пер. с англ. – перераб. и доп. изд. – М.: Мир, 1984. – 456 с. 3. Слипченко, Н.И., Письменецкий, В.А., Фролов, А.В., Лукьяненко, В.Л., Савченко, Л.В. Исследование выходных характеристик тандемных фотопреобразователей на структурах GaAs-InGaAs-AlGaAs. [Текст] : сб. науч. тр. III Международной научной конференции «Функциональная компонентная база микро-, опто- и наноэлектроники». - Харьков-Кацивели: ХНУРЭ, 2010. - С.230-233. 4. Круковский, С. И. Солнечные элементы на основе тандемных гетероструктур GaAs-InGaAs-AlGaAs [Текст] / С. И. Круковский, Ю. Е. Николаенко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2003. — №6. — С.39-40. 5. Anderson, R.L. Experiments on Ge-GaAs heterojunctions [Текст] / R.L. Anderson. Solid State Electron. - 1962. - V.5, I.5. - P.341.

Похожие:

	Исследование влияния параметров концентратора ударных волн, располагаемого... Бвр. В связи с этим исследование и разработка новых конструкций скважинных зарядов, позволяющих обеспечить необходимое качество взорванной...		Исследование влияния некоторых параметров на основные характеристики турбогенераторной вэу Также показаны зависимости частоты вращения ротора и коэффициента использования установленной мощности от угла установки лопастей...
	Исследование влияния временных параметров шины В связи с этим возникает необходимость оценки влияния временных характеристик промышленной шины на алгоритм управления подобными...		Исследование влияния проводимости подводящего дросселя на статические...
	Левтеров А. М. Образование монооксида азота и исследование влияния... Левтеров А. М. Образование монооксида азота и исследование влияния на его эмиссию регулируемых параметров двигателя и вида используемого...		Исследование влияния режимных и конструктивных параметров на технологические... Младецкий И. К., Пилов П. И., Куваев Я. Г. Определение максимального выхода концентрата при обогащении железистых кварцитов
	Отчет по теме: «Исследование влияния «трансфер-фактора» «Исследование влияния «трансфер-фактора» на процессы старения и репаративной регенерации в эксперименте и клинике»		Исследование параметров рабочей точки биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером ...
	Методы гигиенической оценки комплексного влияния параметров микроклимата на теплообмен человека Усвоить методику гигиенической оценки комплексного влияния параметров микроклимата на теплообмен человека по субъективным и объективным...		Исследование статистических свойств параметров однотипных элементов Целью данной работы является исследование свойств распределений порядковых статистик непрерывных случайных величин для конечных объемов...