Silicijeve rezine in silicijeve sončne celice so tipični predstavniki polprevodniških materialov oziroma polprevodniških elementov. Polprevodniški značilni parametri merijo in označujejo delovanje materialov in njihovih naprav. Ker so nosilci naboja funkcionalni nosilci polprevodniških materialov in naprav, njihovo gibanje ustvarja tokove in električna polja. Hkrati imajo nosilci naboja značilnosti, kot sta luminiscenca in toplotno sevanje. Zato so parametri nosilca naboja osnova za karakterizacijo transportnih karakteristik nosilcev naboja v polprevodniških materialih in napravah ter so pomembna sestavina značilnih parametrov silicijevih rezin in silicijevih sončnih celic. Ko so silicijeve rezine obdelane in izdelane za oblikovanje silicijevih sončnih celic, razlika v pn spoju in Fermijevem nivoju vodi do ločevanja nosilcev in tvorbe napetosti, kar nato odraža in vpliva na volt amperske značilnosti sončnih celic prek parametrov električne učinkovitosti, kot so tok nasičenja, faktor polnjenja in učinkovitost fotoelektrične pretvorbe. Na podlagi zgornje analize glavni značilni parametri silicijevih rezin vključujejo parametre nosilca.
Nosilce delimo na večinske nosilce in manjšinske nosilce, vključno z elektroni in luknjami. Difuzija in drift nosilcev naboja tvorita osnovo za prenos toka v polprevodniških napravah. Transportni parametri nosilca so osnovni parametri, ki opisujejo gibanje in koncentracijo nosilcev, predvsem vključujejo življenjsko dobo nosilca, difuzijski koeficient ter hitrosti rekombinacije sprednje in zadnje površine. Ti parametri neposredno odražajo fizikalne in električne lastnosti polprevodniških materialov, ki vplivajo na koncentracijo in mobilnost nosilcev; Koncentracija dopinga je še en pomemben parameter, ki določa koncentracijo nosilca, vpliva na parametre, kot sta upornost materiala in življenjska doba nosilca, ter določa zmogljivost naprave.
Koncentracija nosilca
Večina polprevodniških naprav je manjšinskih nosilcev, kot so silicijeve sončne celice. Vsi parametri nosilca, omenjeni kasneje v tem članku, so manjšinski parametri nosilca. V stanju toplotnega ravnovesja imajo polprevodniki enake koncentracije lukenj in elektronov ter so v stabilnem stanju; Ko so polprevodniki izpostavljeni zunanjim dražljajem (kot so svetloba, elektrika, toplota itd.), so v ne-ravnotežnem stanju, s povečanjem tako elektronov kot lukenj, ki tvorijo presežne nosilce naboja. Življenjska doba nosilcev naboja se nanaša na povprečno trajanje obstoja presežnih nosilcev naboja, koncentracija nosilcev naboja pa sledi eksponentnemu zakonu upadanja.
Življenjska doba nosilca
Življenjsko dobo nosilca lahko razdelimo na življenjsko dobo radiativne rekombinacije, življenjsko dobo Augerjeve rekombinacije in življenjsko dobo rekombinacije Shockley Read Hall (SRH) glede na vrsto rekombinacije nosilca. Življenjska doba nosilca je pomemben parameter, ki odraža koncentracijo napak materialov in naprav, pa tudi pomemben indikator za merjenje hitrosti preklopa naprav, tokovnega ojačanja, napetosti in drugih karakteristik. Prav tako igra pomembno vlogo pri elektro-optični in fotopretvorbeni učinkovitosti optoelektronskih naprav, kot so polprevodniški laserji, fotodetektorji in sončne celice.
Stopnja površinske rekombinacije
Nosilci se rekombinirajo tako znotraj kot na površini materiala. Površinska rekombinacijska hitrost (s) je fizikalna količina, ki opisuje hitrost rekombinacije nosilcev naboja na površini. Daljša kot je življenjska doba površinskega kompozita, nižja je stopnja površinskega kompozita in obratno, večja je stopnja površinskega kompozita. Površinska hrapavost, površinske viseče vezi ter druge površinske fizikalne lastnosti in stanja so ključni dejavniki, ki vplivajo na hitrost površinske rekombinacije. Hitrost površinske rekombinacije je pomemben parameter delovanja, ki označuje kakovost površine materialov.
Učinkovita življenjska doba
Učinkovita življenjska doba nosilca je parameter, ki združuje skupno življenjsko dobo in življenjsko dobo površinske rekombinacije ter je značilnost celotne življenjske dobe nosilca določenega vzorca. Trenutno večina tehnologij za odkrivanje zazna življenjsko dobo nosilca kot dejansko življenjsko dobo nosilca, ki ne more ločiti skupne življenjske dobe in stopnje površinske rekombinacije. Zato je težko analizirati učinke postopkov površinske obdelave, skupnih napak in dopinga na delovanje silicijevih rezin in sončnih celic eno za drugo.
Difuzijski koeficient
Difuzijski koeficient (D) je fizikalna količina, ki označuje hitrost, s katero nosilci naboja prehajajo skozi vmesnik na enoto časa in površine. Difuzijski koeficient in življenjska doba nosilca skupaj določata difuzijsko dolžino nosilca, ki je tipičen parameter za vrednotenje lastnosti materiala. Daljša kot je nosilna difuzijska dolžina, boljša je kakovost materiala; Za sončne celice velja, da daljša kot je difuzijska dolžina nosilca, boljša je učinkovitost ločevanja in zbiranja nosilcev ter večja je učinkovitost fotoelektrične pretvorbe.
Doping
Doping: ključni korak v proizvodnji polprevodnikov
Dopiranje je nujen korak pri oblikovanju funkcionalnih polprevodnikov, koncentracija dopinga pa pomembno vpliva na upornost in transportne parametre nosilcev. Intrinzični polprevodniki, tj. nedopirani polprevodniki, imajo zelo visoko električno upornost pri sobni temperaturi. Ko koncentracija dopinga narašča, se električna upornost zmanjšuje, življenjska doba nosilca in difuzijska dolžina pa se postopoma zmanjšujeta.
