Photovoltaik Physik und Technologie der Solarzellen - IPHT Jena

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- 59 - 5.3 Generation und Rekombination Solange keine Ströme fließen sind die Raten, mit denen sich die Abweichungen der Ladungsträgerdichten *n und *p vom Gleichgewicht im Volumen des Halbleiters zeitlich verändern, durch Generation und Rekombination bestimmt: (5.6) G ist die äußere Generationsrate von Elektronen und Löchern, die bei Bestrahlung mit monochromatischem Licht (lokale Intensität I, Frequenz
- 60 - (5.11) Als Temperaturabhängigkeit der Vorfaktoren wird eine Arrheniusbeziehung mit einer Aktivierungsenergie von 0,5E g angegeben. Bei Raumtemperatur sind die Vorfaktoren bei Silicium C n.C p.10 -30 cm 6 /s. Jedenfalls nimmt die Relaxationszeit J Auger mit der Temperatur und mit dem Überschuss der Ladungsträgerdichte ab (Abb. 5.3). Abb. 5.3: Lebensdauer von Ladungsträgern in Silicium in Abhängigkeit vom Ladungsträgerüberschuss [Lewerenz u. Jungblut] Rekombination über Störstellen hängt stark von der Art und Konzentration der Störstellen ab. Für eine einzelne Störstellenart gilt die Shockley-Read-Hall Beziehung (5.12) E t ist die Lage des Störstellenniveaus in der Bandlücke, E i das Ferminiveau im intrinsischen Halbleiter (Gl. 4.19). J n und J p sind störstellenspezifische Parameter, die umgekehrt proportional zur Störstellenkonzentration sind. Besonders wirksam sind tiefe Störstellen, deren Niveaus in der Nähe der Mitte der Bandlücke liegen, in Silicium z.B. Au, Ni, Co. Die Energieabgabe kann strahlend, durch Phononen oder durch Auger-Prozesse erfolgen. Tiefe Störstellen können die Relaxationszeit stark verringern. Schon 10 12 cm -3 Ni kann sich in Si merklich auf die Lebensdauer auswirken (s. Kap. 6.1.3). Zum Teil wirken auch Komplexe aus mehreren Fremdatomen ungünstig, z.B. B-O-Komplexe in Si. Außer Fremdatomen erhöhen auch Versetzungen die Rekombination. Die Rekombinationsraten aller aktiven Mechanismen addieren sich. In indirekten Halbleitern kann die strahlende Rekombination gegenüber der Auger-Rekombination vernachlässigt werden. Für hohe Anregungsdichten wird die Lebensdauer durch Auger-Rekombination bestimmt. In nicht sehr reinen Proben bestimmt bei Raumtemperatur die Rekombination über Störstellen die Relaxationszeit und damit die Lebensdauer. 5 Halbleiter II: Nichtgleichgewicht F. Falk, Photovoltaik WS 2010/11
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