Photovoltaik Physik und Technologie der Solarzellen - IPHT Jena

- 61 -
Da in Solarzellen die Rekombination von Ladungsträgern, die durch die Bestrahlung generiert
wurden, den Wirkungsgrad verringert, ist eine große Lebensdauer wichtig. Man muss also
versuchen, die Defektdichte so klein zu machen, dass Rekombination über Störstellen keinen
wesentlichen zusätzlichen Beitrag mehr leistet.
Außer im Inneren des Halbleiter kommt es auch an der Oberfläche oder an inneren Grenzflächen
zur Rekombination. An einer freien Oberfläche befinden sich zunächst unabgesättigte
Bindungen, die aber bei Silicium an Luft durch eine Oxidschicht abgesättigt werden. Je nach
der genauen chemischen Beschaffenheit der Oberfläche gibt es dort mehr oder weniger viele
Störstellen, die als Rekombinationszentren wirken. Da sie in einer atomar dünnen Schicht angesiedelt
sind, kann man ihre Dichte als *-Funktion annehmen. Als Folge davon tritt auf der
rechten Seite von Gl. 5.9 ein zusätzlicher, ortsabhängiger Term -S *n*(x-x 0) auf, wo x die
Koordinate senkrecht zur Oberfläche und x 0 die Position der Oberfläche bezeichnet. Da der
Ausdruck auf der linken Seite von Gl. 5.9 die Dimension cm -3 s -1 hat und die eindimensionale *-
Funktion die Dimension cm -1 , muss der Vorfaktor S die Dimension einer Geschwindigkeit
haben. S heißt Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit. Für Oberflächen von Silicium
reichen gemessene Werte von 10 cm/s bis 10 6 cm/s. Die Kunst bei der Solarzellenherstellung
beruht unter anderem darauf, die Oberflächen so zu passivieren, dass geringe Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeiten
auftreten, die sonst einen Teil der durch das Licht erzeugten
Ladungsträger wieder vernichten.
5.4 Ladungsträgerbilanz im Nichtgleichgewicht
5.4.1 Grundgleichungen
Wenn inhomogene Ladungsträgerdichten im Nichtgleichgewicht auftreten, z.B. in einem
beleuchteten p-n-Übergang in Solarzellen, wird der raum-zeitliche Verlauf dieser Dichten durch
Bilanzgleichungen beschrieben:
(5.13)
G ist die Generationsrate von Gl. 5.7, J n und J p sind die Relaxationszeiten, n 0 und p 0 die
Gleichgewichtskonzentrationen der Ladungsträger gemäß Gl. 4.16/18 und j n und j p die
Ladungsträgerströme. Ohne Ströme geht Gl. 5.13 in Gl. 5.9 über.
Am freien Rand eines Halbleiters gelten die Randbedingungen
(5.14)
mit der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit S und der äußeren Normale der Oberfläche
n. An einer kontaktierten Oberfläche müssen noch die in den Kontakt hineinfließenden Ströme
addiert werden. An Metallkontakten ist S sehr groß, so dass sich dort keine über die Gleichgewichtswerte
erhöhten Ladungsträgerdichten halten können.
5 Halbleiter II: Nichtgleichgewicht F. Falk, Photovoltaik WS 2010/11