Метод измерения и аналитической обработки спада напряжения холостого хода Uxx позволяет определять значения времени жизни ННЗ, что, в свою очередь, позволяет судить о качестве базового кристалла кремния.
1.3 Определение фототока, диодных и выходных параметров ФЭП методами нагрузочной световой и темновой вольт-амперных характеристик (ВАХ)
Для исследования фототока, выходных и световых диодных параметров ФЭП с помощью нагрузочной световой ВАХ используют два основных метода: метод непрерывного и метод импульсного облучения. Имитаторы непрерывного действия применяют, как правило, для измерения параметров единичных ФЭП небольшой площади, чтобы исключить влияние внутренней емкости ФЭП, в то время, как имитаторы импульсного действия позволяют проводить качественные измерения параметров ФЭП с площадью фронтальной поверхности более 10 см2 и собранных из них крупных солнечных батарей.
Во время вспышки образуется световой импульс длительностью несколько миллисекунд. За время одной вспышки измеряется одна точка нагрузочной световой ВАХ. После того, как нагрузка изменится до значения, соответствующего новой точке нагрузочной световой ВАХ, лампа зажигается вновь. Существенное достоинство использования режима однократного импульсного освещения ФЭП – возможность устранения влияния радиационного нагрева, что способствует повышению точности измерений.
Существует ряд способов аналитической обработки экспериментально полученной нагрузочной световой ВАХ. Самыми распространенным являются расчет фототока, выходных и диодных параметров ФЭП в однодиодном или двухдиодном приближении.
В случае использования однодиодной модели, выражение для нагрузочной световой ВАХ ФЭП, эквивалентная электрическая схема которого показана на рисунке 1.1, имеет вид [2]:
(1.1)
где: IН – ток, протекающий во внешней цепи через сопротивление нагрузки RН;
IФ – фототок;
I0 – диодный ток насыщения;
UН – падение напряжения на внешней нагрузке;
е – заряд электрона, равный 1,6∙10-19 Кл;
А – коэффициент идеальности диода;
k – постоянная Больцмана, равная 1,38∙10-23;
Т – температура ФЭП;
RП – последовательное сопротивление ФЭП;
RШ – шунтирующее сопротивление ФЭП.
Преобразовав (1.1), получаем выражения для тока короткого замыкания IКЗ и напряжения холостого хода UXX:
(1.2)
(1.3)
Фактор заполнения FF из экспериментальной нагрузочной ВАХ (рисунок 1.2) рассчитывают по формуле:
(1.4)
Используемая в этой формуле Рнм может быть рассчитана следующим образом. По экспериментальной нагрузочной ВАХ строят зависимость Pн=Iн∙Uн. Величину Рнм находят по ординате экстремума, показанного на рисунке 1.3 графика функции Pн (Iн).
Коэффициент полезного действия (КПД) рассчитывается по формуле:
(1.5)
где P*и – удельная мощность излучения, поступающего на фронтальную поверхность ФЭП;
S – площадь фронтальной поверхности ФЭП.
Двухдиодная модель учитывает одновременный вклад в полный диодный ток его составляющих: инжекционно-диффузионной и рекомбинационной компонент, и позволяет раздельно определить соответствующие им парциальные значения диодного тока насыщения и коэффициента идеальности диода. Эквивалентная электрическая схема ФЭП, соответствующая его двухдиодной модели [3], вместе с внешней измерительной цепью приведена на рисунке 1.4. При использовании двухдиодной модели ФЭП нагрузочная световая ВАХ фотопреобразователя описывается выражением:
, (1.6)
где: I01 – диодный ток насыщения, обусловленный рекомбинацией в базе, эмиттере и у тыльной поверхности;
I02 – диодный ток насыщения, обусловленный рекомбинацией в области пространственного заряда анизотипного гомоперехода;
α1 = e/(A1kТ), А1 – коэффициент идеальности первого диода;
α2 = e/(A2kТ), А2 – коэффициент идеальности второго диода.
Двухдиодная модель ФЭП в отличие от однодиодной позволяет более детально анализировать особенности зарядопереноса в полупроводниковой основе ФЭП, ответственные за снижение фототока, а следовательно и за уменьшение КПД таких приборов.
Метод темновой ВАХ состоит в экспериментальном изучении зависимости тока I, протекающего через образец, от падения напряжения U на образце и в последующей аналитической обработке экспериментальной ВАХ.
Согласно [4], В случае однодиодной модели ФЭП ВАХ описывается следующим соотношением:
, (1.7)
где: I – ток, протекающий через ФЭП;
U – напряжение, подаваемое на ФЭП от внешнего источника питания.
Возможность определения темновых диодных параметров I0, A, RП, RШ по экспериментальным темновым ВАХ обусловлена существенным влиянием указанных параметров на вид функциональной зависимости I от U для ФЭП, описываемой соотношением (1.7). Схематическое изображение графика темновой ВАХ фотопреобразователя показано на рисунке 1.5. Эквивалентная электрическая схема ФЭП в отсутствие освещения, соответствующая его однодиодной модели, такая же, как и изображенная на рисунке 1.1, однако на ней отсутствует генератор фототока.
Как следует из соотношения (1.7), при обратном включении диода ФЭП, т.е. когда знак электрического потенциала на базовом полупроводниковом слое противоположен знаку основных носителей заряда в последнем, зависимость I от U для значений U<< 0 приобретает вид:
(1.8)
Это позволяет определить по обратной ветви темновой ВАХ (III квадрант на рисунке 1.5) диодный ток насыщения I0 и шунтирующее сопротивление RШ следующим образом. Величину I0 находят как значение описываемой соотношением (1.7) функции I(U) при U = 0, т.е. путем продолжения прямолинейного наклонного отрезка обратной ветви экспериментальной темновой ВАХ до пересечения с осью ординат. Тангенс угла наклона a указанного отрезка обратной ветви ВАХ к оси абсцисс равен 1/RШ. Следовательно, величина RШ может быть рассчитана по формуле:
(1.9)
При прямом включении диода ФЭП, т.е. когда знак электрического потенциала на базовом полупроводниковом слое совпадает со знаком основных носителей заряда в последнем, зависимость I от U, описываемая в общем случае соотношением (1.7), для значений 0,1 В <U<j (где j – высота потенциального барьера p-n-перехода, выраженная в вольтах) приобретает вид:
. (1.10)
Из выражения (1.10) следует:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.