Теоретический расчет вольт-амперных характеристик солнечных эле­ментов на основе аморфных полупроводников значительно осложняется квазинепрерывным распределением электронных состояний в щели под­вижности. В запрещенной зоне кристаллических полупроводников присут­ствуют только отдельные дискретные уровни, которые действуют как ре­комбинационные центры. Рекомбинационные процессы в этом случае опи­сываются моделью Шокли — Рида — Холла. Как правило, вкладом носи­телей в общий пространственный заряд, захваченных на состояния в за­прещенной зоне, можно пренебречь из-за низкой плотности состояний. В щели подвижности аморфного кремния существует квазинепрерывное рас­пределение электронных состояний, которые в значительной степени влияют на электронные свойства материала. Вкладом носителей, захвачен­ных на состояния в запрещенной зоне, в общий пространственный заряд уже нельзя пренебрегать. Кроме того, время жизни носителей заряда в зна­чительной степени зависит от смещения, поскольку от него зависит число состояний, участвующих в процессах рекомбинации.

Как правило, при математическом описании работы приборов на ос­нове аморфного кремния используются следующие допущения.

1. Принимается, что перенос носителей заряда осуществляется только по распространенным состояниям.

2. Имеются резкие границы подвижности, разделяющие носители на распространенные и локализованные состояния.

3. Заполнение локализованных состояний определяется свободными но­сителями заряда. Принимаются во внимание только процессы захвата и эмис­сии между распространенными и локализованными состояниями, а возможно­стью обмена носителями между локализованными состояниями пренебрегается.

Указанные допущения справедливы при комнатных и более высоких температурах.

Практически во всех случаях используются одномерные модели уст­ройств. В то же время реальные ^—-«-структуры солнечных элементов формируются на текстурированном слое для усиления рассеяния и погло­щения света. В результате толщина слоев a-Si:H не однородна по площади.

Электронный и дырочный перенос в полупроводнике описывается

системой уравнений: уравнением Пуассона и уравнениями непрерывности

109

для электронов и дырок [18], [62], [96]-[97], которые для одномерного слу­чая выглядят следующим образом:

f 8p^

Jp = q pppE — Dp 8X

f 8n ^

Jp = q npnE ^ Dn ~

V 8x J

где pp, pn — подвижность дырок и электронов; Dn, Dp — коэффициенты

диффузии электронов и дырок; E — напряженность электрического поля.

С другой стороны, Jp и Jn определяются градиентом квазиуровней Ферми:

В общем виде вольт-амперные характеристики солнечных элементов на основе аморфных полупроводников могут быть получены в результате решения системы уравнений (7.3)-(7.7). Далее теоретически проанализи­рован заряд в полупроводнике, скорости генерации и рекомбинации, что необходимо для решения этой системы уравнений.