Osztályozása fotovoltaikus hatások és optoelektronikai eszközök, optikai tulajdonságok

Az 1. ábra egy olyan diagram, amely szemlélteti osztályozási fényelektromos hatást.

Fotoelektromos hatás (fényelektromos hatás) az a folyamat kölcsönhatása az elektromágneses sugárzás és az anyag, mint amelynek eredményeként a fotonenergia át elektronok anyag.

Fotoelektromos hatások vannak osztva a külső és belső fotoelektromos hatás.

A külső fotoelektromos hatás társított kirepülő elektronok a kristály az intézkedés alapján az elektromágneses sugárzás.

Amikor egy belső fotoelektromos hatás elektron látja az atomból hatására az elektromágneses sugárzás, de belül marad a kristály.

Belső fotoelektromos hatás alapján fényvezető és fotovoltaikus hatásokat. Növelése vezetőképessége félvezető hatása alatt az elektromágneses sugárzás az úgynevezett fényvezető. Szintén a fényvezető az elektromágneses sugárzás a félvezető okoz fotofeszültség. Vezető jelenségek megjelenését fotó-EMF félvezetők nevezzük fotovillamos. Eszközök alapján a fényelektromos hatás nevezik optoelektronikai. Optoelektronikai eszközök vannak osztva három csoportba:

eszközök, amelyek átalakítani az elektromos energiát optikai sugárzás (fénykibocsátó diódák, félvezető lézerek);

eszközök, kimutatjuk az optikai jelek miatt áramló hatására az elektromágneses sugárzás az elektronikus folyamatok (fotodetektor);

Készülékek végző átalakítása optikai sugárzás elektromos energiává (fotovoltaikus eszközök, napelemek).

optikai abszorpciós

Az intézkedés alapján az elektromágneses sugárzás egy félvezető, a kölcsönhatás fotonok energiája a két alrendszer - az atomi és elektronikus, összetevői a kristály.

Megváltoztatása intenzitása elektromágneses sugárzást a félvezető, leírható a Bouguer-Lambert:

ahol J - intenzitású elektromágneses sugárzást x távolságban a felület; J0 - a sugárzás erőssége az incidens a félvezető; b - abszorpciós együttható.

Az abszorpciós koefficiens mutatja a valószínűsége a foton abszorpciós energia a távolság egységnyi hosszúságú [b] = [m -1].

Az intézkedés alapján az elektromágneses sugárzás félvezetőkben képződnek miatt nem egyensúlyi töltéshordozók az elektron-lyuk átmenetek a 2. ábrán látható átmenet típusa 1 megfelel a belső abszorbens anyag, amelyben van kialakítva egy pár szabad töltéshordozók, nevezetesen az elektronok és a lyukak. Egy ilyen gerjesztés nevezik bipoláris. Elektronok a vezetési és lyukak a vegyérték sáv, gerjesztett elektromágneses sugárzás, mozgó szinten nagyobb energiák (2, 2a 2. ábra). Ez az abszorpció az abszorpciós szabad töltéshordozók. A felszívódását fotonok szennyező atomok és rácsszerkezetű tökéletlenségek, amelyek energia-szintet a tiltott sávban a félvezető, egy átmeneti típusú 3. és 4. átmenetek elektronok egy szennyeződési szintű vezetési sáv (3) vagy a vegyérték sáv a szennyeződési szint (3a) vannak szennyező felszívódását. Transitions 5, 5a 2. ábra megfelel az abszorpciót exciton.

Izgatott fény felesleges elektronok és lyukak vannak a folyamatban részt vevő félvezető vezetőképessége, amíg nem rekombináció vagy nem rögzíthető a helyi energia szintet.

Az optikai abszorpciós spektruma a félvezető sok tényezőtől függ, mint például a hullámhossz, a sugárzási frekvenciát, a koncentrációt az abszorpciós központok.

Az abszorpciós központok megérteni álló és a szomszédos hordozók, rácshibasűrűséget és szennyező atomok saját.

A 3. ábra a függését az abszorpciós koefficiens a félvezető sugárzás hullámhossza.

Én a saját felszívódását. Intrinsic abszorpciós megfelel az elektron átmenetet a vegyértéksáv a vezetési sávban régió 1. Ahhoz, hogy egy ilyen átmenet az szükséges, hogy az elnyelt energia fotonok lenne egyenlő vagy nagyobb, mint a félvezető bandgap. Az energia sávban diagramja félvezető, 4. ábra mutatja a folyamat végrehajtásának.

Intrinsic abszorpciós félvezető régió vagy a látható vagy az infravörös abszorpciós spektrumot. Cutoff hullámhossz megfelelő intrinsic abszorpciót formula határozza meg:

ahol h - Planck állandó; c - a fénysebesség vákuumban; eV.

Következésképpen, a határ frekvencia megfelelő belső felszívódását, szélessége határozza meg a tiltott sávban a félvezető. Az abszorpciós koefficiens SUA közvetlen átmenetek körülbelül egyenlő 10 8 m -1.

Amikor az intrinsic abszorpciós különbséget közvetlen és közvetett átmenetek az elektronok, ahogy az 5. ábrán látható.

Közvetlen átmenetek elektronok úgynevezett függőleges átmenetek. Az ilyen átmenetek szükségesek fotonenergia nagyobb vagy egyenlő, mint a tiltott sáv szélessége.

Közvetett átmenetek között jelennek vegyértéksáv maximális és vezetési sáv minimális, a 2. területen ábra 5. Annak érdekében, hogy végrehajtsák ezeket átmenetek igényel további energiaköltségek, amelyek levonni a kristályrács energia - fonon. Így abszorpciós közvetett elektron átmenetek szükséges csukiórésznek kvantum hő és fény energia, így a felszívódás közvetett átmenetek eltolódik a rövidebb hullámhosszak az abszorpciós közvetlen átmenetet. Annak a valószínűsége, közvetett átmenetek alacsony, mivel azok megvalósításához szükséges, hogy az elektron és fonon lenne egyetlen pontot a térben, így a abszorpciós koefficiens b közvetett átmenetek alacsony, és ez 10 5 m -1.

II felszívódását szennyeződések. Ez megfelel az abszorpciós terület 3 a 3. ábrán szokták megvalósítani elektronok átvitelét donor szintje a vezetési sávban, vagy a vegyérték sáv, hogy az akceptor szinteket. Határ abszorpciós hullámhossza megfelel energiaszinten szennyeződésként (bGH

EPR). Tekintettel arra, hogy az energia a szennyeződési szint sokkal kisebb, mint a sávú a félvezető, a szennyező abszorpciós régió eltolódik az infravörös tartományában a spektrum. A állapotsűrűség a szennyeződési szint sokkal alacsonyabb, mint a tényleges állapotsűrűség a vezetési sávban (vegyértéksávja) abszolút érték, így az abszorpciós koefficiens a szennyeződések több nagyságrenddel kisebb, saját. Az abszorpciós spektrum jelen lehet különálló sávokban társított gerjesztési szennyező atomok (régió 4 a 3. ábrán).

III abszorpciót exciton. A gerjesztett állapota az atom, mint a fő valósul meg, amikor az elektron nem válik belőle, és csak átvált az egyik üres szintek. Ilyen feltétel nevezik exciton (az angol szó gerjesztési - gerjesztés). Ellentétben exciton állapotban a gerjesztett állapotból a szennyező atom van az, hogy az energia a kristály független (köszönhető, hogy a transzlációs szimmetria, azaz egyenértékű azonos pontok különböző sejtek), amely a gerjesztett atomok, így a gerjesztett állapotban mozoghat a teljes kristályt. Ennek eredményeként exciton formázózóna államokban. excitonok mozgás létrehoz egy elektromos áram, mivel az elektron nem mozdult, csak a gerjesztett állapot az atom. Egy exciton lehet mutatni, mint a közös mozgás egy elektron és egy lyuk köti Coulomb erők és a forgó körül a közös tömegközéppont; Ezen túlmenően, ilyen pár lehet fokozatosan mozoghat a kristály.

A kialakulását egy exciton - atom gerjesztési kevesebb energiát igényel, mint a ionizációs, ezért exciton vonalak fekszenek a abszorpciós spektrum a jogot az alapsávi, azaz, alacsonyabb frekvenciákon és energiák ... Eksitonnovomu abszorpciós megfelel a 2. régió a 3. ábrán.

IV abszorpciós kristályrács, az ábrán az 5 szakasz 3. részében az elnyelt energia fordítható növelésére rezgési energiát a kristályrács. Ennek eredményeként, vannak keskeny sávok az infravörös spektrumban. Ionos kristályok erős abszorpciót a távoli infravörös tartományban.

V felszívódása a töltéshordozók. Mivel ez megfelel az abszorpciós régió 6 3. ábrán belátható, az átmenet az elektronok az egyik energia szint a másikra, energia sáv. Az abszorpciós spektrum a szabad töltéshordozók és a folyamatos, hosszú hullámhosszúságú infravörös.