Félvezető fotodetektorok és napelemek elmélete és gyakorlati megvalósítása 2 dr. Mizsei János, 2006.

Az előadások a következő témára: "Félvezető fotodetektorok és napelemek elmélete és gyakorlati megvalósítása 2 dr. Mizsei János, 2006."— Előadás másolata:

1 Félvezető fotodetektorok és napelemek elmélete és gyakorlati megvalósítása 2 dr. Mizsei János, 2006

2 Főcímek: a soros ellenállás hatása a spektrális válasz a hatásfokot befolyásoló tényezők összefoglalása.

3 A soros ellenállás és az átvezetés hatása

4 (az átvezetés elhanyagolható)

5 A soros ellenállás és az átvezetés hatása (Hő)veszteség RSRS Maximális teljesítmény 01 1  0.77 2  0.57 5  0.27 10  0.14

6 A legkedvezőbb munkapont megkeresése Az optimális terhelés:

7 A spektrális válaszfüggvény definíciója: adott intenzitású gerjesztésre adott válasz az energia (hullámhossz reciproka) függvényében. Az ideális spektrális válaszfüggvény: SR W WgWg 0 1 ILJLILJL h

8 Az ideálistól eltérő viselkedést eredményező okok A felületi rekombináció sebessége: A tömbi rekombináció sebessége:

9 A rekombináció tömbben és a felületen A felületi rekombináció sebessége: A tömbi rekombináció sebessége: Hatáskeresztmetszet (cm 2 ) x termikus határsebesség (cm/s) x csapdasűrűség (1/cm 3 ) Hatáskeresztmetszet (cm 2 ) x termikus határsebesség (cm/s) x csapdasűrűség (1/cm 2 ) n=10 16 p=10 4 p=10 14 nemegyensúlyi

10 A foto válasz viszonylagos értéke a frekvencia függvényében (spektrális válaszfüggvény) SR Gerjesztés: UV infra WgWg

11   n n0 n p0 npnp nini p p0 p n0 pnpn A szerkezet (rövidzárban): elektronkoncentráció: lyukkoncentráció:

12   n n0 n p0 npnp nini p p0 p n0 pnpn A szerkezet (szakadásban): elektronkoncentráció: lyukkoncentráció:

13 A spektrális válaszfüggvény számítása: folytonossági egyenlet, transzportegyenlet x x 0

14 Töltéshordozó koncentrációk ideális esetben és felületi rekombinációk mellett

15 A spektrális válaszfüggvény számítása: felületi réteg Tömbi rekombináció:    

16 A spektrális válaszfüggvény számítása: alapréteg Tömbi rekombináció:    

17 S>0 Határfeltételek: (felületi réteg ) Felületi rekombináció: S p >0 elfogyasztja a lyukakat.    S p >0 S p =0   

18 S>0 Határfeltételek: (alapréteg, a fény jelentős része elér a hátoldali kontaktus közelébe ) Felületi rekombináció: S n >0 elfogyasztja az elektronokat, ha a hátoldali kontaktusnál (fém-félvezető átmenet) nagy a rekombináció szerepe. S n >0 S n =0   

19 Megoldások: A felületi n rétegben: A p alaprétegben: ha (nincs rekombináció hátul) A kiürített rétegben nagy a térerő, a rekombináció elhanyagolható,nem kell a folytonossági egyenletet megoldani:

20 A kiürített rétegre:

21 A belső spektrális válasz: J p -re érvényes egyenletből az ax j >>1 és az aL p >>1 feltételek érvényesítésével (az UV a felület közelében nyelődik el)

22 Ha a SR foto válasz mérésből, vagy számításból ismert, akkor az eszközt adott F spektrális eloszlású fénnyel megvilágítva a generált rövidzárási áramsűrűség az alábbi integrállal számítható ki: Mire jó a spektrális válaszfüggvény ? A technológia és a konstrukció „lenyomata”! -elárulja a problémák helyét és lényegét.

23 Ha a reflexió=0, SR=1, akkor:

24 Összefoglalás: a hatásfokot befolyásoló tényezők A beérkező összes teljesítmény: 1

25 A kis energiájú fotonokkal kapcsolatos veszteség kiszámításához az összes beeső teljesítmény: -ebből a hasznosítható (W g -nél nagyobb energiájú, elnyelt fotonok hányada): 0.77

26 Fölös energia -ebből a generációra: (a többi melegít) 0.57

27 Feszültségtényező -a nyitott pn átmeneten legfeljebb U 0 feszültség lehet: (a veszteség a nyitott átmeneten átdiffundáló töltéshordozók rekombinációjából adódik) 0.72

28 Fill faktor -a dióda karakterisztika alakjából (nem „szögletes”) adódóan a maximális teljesítményhez kisebb áram és feszültség tartozik: 0.89

29 Összefoglalás: a hatásfokot befolyásoló elméleti tényezők 0.770.570.720.890.28=xxx = elméleti hatásfok Nagy ha kicsi az, ha I L nagy és

30 Összefoglalás: a hatásfokot befolyásoló technológiai veszteség tényezők R (1-R) AfAf (1-A f /A) Ohmos (melegedés belül) Reflexió Vezetékezés takarása Nem teljes elnyelés

31 Összefoglalás: a hatásfokot befolyásoló technológiai veszteség tényezők hatásának csökkentése Ohmos veszteség: erősen adalékolt rétegek, jó kontaktusok. Reflexiócsökkentés Vezetékezés takarása: kontaktus a hátoladalra!

32