Переоценка внутренней объемной рекомбинации в кристаллическом кремнии

Характеризация и оптимизация концепций кремниевых солнечных элементов следующего поколения опираются на точное знание внутренней рекомбинации носителей заряда в кристаллическом кремнии. Сообщения о измеренных временах жизни, превышающих ранее принятые параметризации внутренней рекомбинации, указывают на завышение этой рекомбинации в некоторых режимах инжекции и, следовательно, на необходимость пересмотра. В данной работе изготовлены двенадцать наборов высококачественных кремниевых образцов с широким диапазоном легирования, используя современные технологические методы, чтобы обеспечить точную оценку внутренней рекомбинации на основе изменения толщины подложки. Особое внимание уделялось снижению внешней рекомбинации, обусловленной загрязнением объема или поверхностей пластин. Сочетание высококачественных образцов с улучшенной характеристикой образцов и измерениями времени жизни позволяет достичь значительно более высокой точности по сравнению с предыдущими исследованиями. Мы обнаруживаем, что для точного описания радиативной рекомбинации необходимо учитывать реабсорбцию фотонов люминесценции внутри образца. С учетом этого эффекта мы выделяем ограничение времени жизни, обусловленное аугеровской рекомбинацией. Установлено, что извлеченная скорость аугеровской рекомбинации может быть точно параметризована с использованием физически обоснованного уравнения, основанного на кулоновски усиливаемой аугеровской рекомбинации для всех условий легирования и инжекции, релевантных для кремниевой фотоэлектрики. Повышенная точность описания данных, достигнутая с помощью модели, свидетельствует о том, что наша новая параметризация более согласована с реальным процессом рекомбинации, чем предыдущие модели. В связи со значительными изменениями, предсказанными для аугеровской рекомбинации при умеренной инжекции, мы дополнительно пересматриваем фундаментально возможный предел эффективности преобразования мощности для одноэлементной кристаллической кремниевой солнечной ячейки до 29.4%, что отличается на 0.1 процентного пункта по сравнению с другими недавними оценками.