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




Скачать 67.87 Kb.
НазваниеИсследование влияния параметров состава Х на Выходные характеристики тандемных фотопреобразователей сО структурОЙ
Дата публикации04.05.2013
Размер67.87 Kb.
ТипИсследование
uchebilka.ru > Физика > Исследование
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.



Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Исследование влияния параметров состава Х на Выходные характеристики тандемных фотопреобразователей сО структурОЙ iconИсследование 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 параметров состава Х на Выходные характеристики тандемных фотопреобразователей сО структурОЙ iconИсследование 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 параметров состава Х на Выходные характеристики тандемных фотопреобразователей сО структурОЙ iconИсследование влияния временных параметров шины
В связи с этим возникает необходимость оценки влияния временных характеристик промышленной шины на алгоритм управления подобными...

Исследование влияния параметров состава Х на Выходные характеристики тандемных фотопреобразователей сО структурОЙ iconИсследование влияния проводимости подводящего дросселя на статические...

Исследование влияния параметров состава Х на Выходные характеристики тандемных фотопреобразователей сО структурОЙ iconЛевтеров 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 параметров состава Х на Выходные характеристики тандемных фотопреобразователей сО структурОЙ iconИсследование влияния режимных и конструктивных параметров на технологические...
Младецкий И. К., Пилов П. И., Куваев Я. Г. Определение максимального выхода концентрата при обогащении железистых кварцитов

Исследование влияния параметров состава Х на Выходные характеристики тандемных фотопреобразователей сО структурОЙ iconОтчет по теме: «Исследование влияния «трансфер-фактора»
«Исследование влияния «трансфер-фактора» на процессы старения и репаративной регенерации в эксперименте и клинике»

Исследование влияния параметров состава Х на Выходные характеристики тандемных фотопреобразователей сО структурОЙ iconИсследование параметров рабочей точки биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером
...

Исследование влияния параметров состава Х на Выходные характеристики тандемных фотопреобразователей сО структурОЙ iconМетоды 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 влияния параметров состава Х на Выходные характеристики тандемных фотопреобразователей сО структурОЙ iconИсследование статистических свойств параметров однотипных элементов
Целью данной работы является исследование свойств распределений порядковых статистик непрерывных случайных величин для конечных объемов...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<