2.3. ГЕТЕРОПЕРЕХОДЫ

Создание гетеропереходов на основе широкозонного (оптического окна) и узкозонного полупроводникового материалов (поглощающего слоя) позволяет свести к минимуму потери носителей, обусловленные

поверхностной рекомбинацией, которые могут быть очень существенными в материалах с прямыми оптическими переходами. Применение гетеропереходов значительно расширяет возможности выбора полупроводниковых материалов для фотоэлектрических преобразователей. Солнечные элементы с гетероструктурой, у которых полупроводник, содержащий гомогенный -переход, и широкозонный материал согласуются между собой по параметрам кристаллических решеток, обладают очень высоким КПД. Подобные гетероструктуры кратко рассмотрены в 2.5.7 и более подробно в гл. 5.

Процесс переноса носителей заряда в гетеропереходах связан в основном с явлениями, происходящими в области границы раздела, что является существенным различием гомо- и гетеропереходов. Протекание тока в обедненном слое может быть вызвано рекомбинацией носителей, их туннелированием или туннелированием через энергетические уровни вблизи границы раздела в сочетании с рекомбинацией. В солнечных элементах с гетеропереходом механизм протекания тока, обусловленный инжекцией носителей в квазинейтральные области, расположенные вне перехода, реализуется очень редко (возможно, отчасти это происходит из-за того, что в основном в этих структурах используются в качестве поглощающего слоя полупроводники с большой шириной запрещенной зоны, в перенос тока через которые весьма мал вклад инжекции по механизму, предложенному Шокли). Теоретический анализ перехода усложняется из-за наличия разрывов зоны проводимости и валентной зоны, а также вследствие возможности образования поверхностных диполей. Кроме того, наличие на границе раздела электрически заряженных состояний приводит к дополнительному искажению формы энергетических зон в области перехода. Теория кинетических явлений в гетеропереходах разработана менее глубоко, чем теория гомопереходов.

В данном параграфе рассмотрены и сопоставлены несколько вариантов современной теории гетеропереходов. Поскольку модели процессов переноса носителей заряда приведены в многочисленных публикациях, обзорах [Tansley, 1971; Van Ruyven, 1972] и монографиях [Milnes, Feucht, 1972], мы ограничимся обсуждением наиболее общих вопросов, необходимых для понимания существа моделей и важных для описания солнечных элементов. Эти вопросы будут обсуждаться в такой последовательности:

1) обобщение диодной теории Шокли с целью применения ее для анализа процессов в гетеропереходах при отсутствии состояний на границе раздела (модель Андерсона);

2) включение и рассмотрение заряженных состояний на границе раздела и диполей, изменяющих форму энергетических зон и являющихся рекомбинационными центрами;

3) обсуждение специальных моделей процесса переноса заряда в гетеропереходах, учитывающих рекомбинацию носителей через поверхностные состояния, туннелирование и оба эффекта одновременно.