I wafer di silicio e le celle solari di silicio sono tipici rappresentanti rispettivamente dei materiali semiconduttori e dei dispositivi semiconduttori. I parametri caratteristici dei semiconduttori misurano e caratterizzano le prestazioni dei materiali e dei loro dispositivi. Poiché i portatori di carica sono portatori funzionali di materiali e dispositivi semiconduttori, il loro movimento genera correnti e campi elettrici. Allo stesso tempo, i portatori di carica hanno caratteristiche come luminescenza e radiazione termica. Pertanto, i parametri dei portatori di carica costituiscono la base per caratterizzare le caratteristiche di trasporto dei portatori di carica nei materiali e nei dispositivi semiconduttori e sono una componente importante dei parametri caratteristici dei wafer di silicio e delle celle solari di silicio. Quando i wafer di silicio vengono lavorati e prodotti per formare celle solari in silicio, la differenza nella giunzione pn e nel livello di Fermi porta alla separazione dei portatori e alla formazione di tensione, che a sua volta riflette e influenza le caratteristiche volt-ampere delle celle solari attraverso parametri di prestazione elettrica come corrente di saturazione, fattore di riempimento ed efficienza di conversione fotoelettrica. Sulla base dell'analisi di cui sopra, i principali parametri caratteristici dei wafer di silicio includono parametri di supporto.
I portatori sono divisi in portatori maggioritari e portatori minoritari, inclusi elettroni e lacune. La diffusione e la deriva dei portatori di carica costituiscono la base per la trasmissione di corrente nei dispositivi a semiconduttore. I parametri di trasporto dei portatori sono parametri di base che descrivono il movimento e la concentrazione dei portatori, tra cui principalmente la durata del portatore, il coefficiente di diffusione e i tassi di ricombinazione della superficie anteriore e posteriore. Questi parametri riflettono direttamente le proprietà fisiche ed elettriche dei materiali semiconduttori, influenzando la concentrazione e la mobilità dei portatori; La concentrazione del drogaggio è un altro parametro importante che determina la concentrazione del portatore, influenzando parametri quali la resistività del materiale e la durata del portatore e determinando le prestazioni del dispositivo.
Concentrazione del portatore
La maggior parte dei dispositivi a semiconduttore sono dispositivi portanti minoritari, come le celle solari al silicio. I parametri della compagnia aerea menzionati più avanti in questo articolo sono tutti parametri della compagnia aerea minoritaria. Nello stato di equilibrio termico, i semiconduttori hanno concentrazioni uguali di lacune ed elettroni e sono in uno stato stazionario; Quando sottoposti a stimoli esterni (come luce, elettricità, calore, ecc.), i semiconduttori si trovano in uno stato di non-equilibrio, con un aumento sia degli elettroni che delle lacune, formando portatori di carica in eccesso. La durata dei portatori di carica si riferisce alla durata media di esistenza dei portatori di carica in eccesso e la concentrazione dei portatori di carica segue una legge di decadimento esponenziale.
Durata del corriere
La durata del portatore può essere suddivisa in durata della ricombinazione radiativa, durata della ricombinazione Auger e durata della ricombinazione Shockley Read Hall (SRH) in base al tipo di ricombinazione del portatore. La durata del carrier è un parametro importante che riflette la concentrazione di difetti di materiali e dispositivi, nonché un indicatore importante per misurare la velocità di commutazione del dispositivo, il guadagno di corrente, la tensione e altre caratteristiche. Svolge inoltre un ruolo importante nell'efficienza elettro-ottica e di fotoconversione dei dispositivi optoelettronici come laser a semiconduttore, fotorilevatori e celle solari.
Tasso di ricombinazione superficiale
I trasportatori si ricombinano sia all'interno che sulla superficie del materiale. La velocità di ricombinazione superficiale (s) è una quantità fisica che descrive la velocità con cui i portatori di carica si ricombinano su una superficie. Maggiore è la durata del composito superficiale, minore è il tasso di composito superficiale e, viceversa, maggiore è il tasso di composito superficiale. La rugosità superficiale, i legami pendenti superficiali e altre proprietà e stati fisici della superficie sono fattori chiave che influenzano il tasso di ricombinazione superficiale. Il tasso di ricombinazione superficiale è un importante parametro prestazionale che caratterizza la qualità superficiale dei materiali.
Durata effettiva
La durata effettiva del portatore è un parametro che combina la durata della massa e la durata della ricombinazione superficiale ed è una caratterizzazione della durata complessiva del portatore di un campione specifico. Attualmente, la maggior parte delle tecnologie di rilevamento rileva la durata del portatore come la durata effettiva del portatore, che non può separare la durata della massa e il tasso di ricombinazione superficiale. Pertanto, è difficile analizzare uno per uno gli effetti dei processi di trattamento superficiale, dei difetti di massa e del drogaggio sulle prestazioni dei wafer di silicio e delle celle solari.
Coefficiente di diffusione
Il coefficiente di diffusione (D) è una quantità fisica che caratterizza la velocità con cui i portatori di carica attraversano un'interfaccia per unità di tempo e di area. Il coefficiente di diffusione e la durata del portatore determinano congiuntamente la lunghezza di diffusione del portatore, che è un parametro tipico per valutare le proprietà del materiale. Maggiore è la lunghezza di diffusione del portatore, migliore è la qualità del materiale; Per le celle solari, maggiore è la lunghezza di diffusione del portatore, migliore è l'efficienza di separazione e raccolta del portatore e maggiore è l'efficienza di conversione fotoelettrica.
Doping
Doping: un passaggio fondamentale nella produzione di semiconduttori
Il drogaggio è un passaggio necessario nella formazione di semiconduttori funzionali e la concentrazione del drogaggio ha un impatto significativo sulla resistività e sui parametri di trasporto dei portatori. I semiconduttori intrinseci, cioè i semiconduttori non drogati, hanno una resistività elettrica molto elevata a temperatura ambiente. All’aumentare della concentrazione del drogante, la resistività elettrica diminuisce e la durata del portatore e la lunghezza di diffusione diminuiscono gradualmente.
