ХІМІЯ, ФІЗИКА ТА ТЕХНОЛОГІЯ ПОВЕРХНІ

ISSN 2518-1238 (Online), ISSN 2079-1704 (Print)

В роботі наведена система рівнянь, яка визначає ефективний час життя неосновних носіїв заряду в макропористому кремнії. Система рівнянь виведена з рівняння дифузії неосновних носіїв заряду, записаного для макропористого шару та монокристалічної підкладки. Розв’язок нестаціонарного рівняння дифузії, записаного для макропористого шару та монокристалічної підкладки, доповнюються граничними умовами на поверхнях зразка макропористого кремнію та на межі між макропористим шаром та монокристалічною підкладкою. Ефективний час життя неосновних носіїв заряду в макропористому кремнії на монокристалічній підкладці залежить від таких величин як: об’ємний час життя неосновних носіїв заряду, коефіцієнт дифузії носіїв заряду, товщина монокристалічної підкладки, середній діаметр макропор, середня відстань між центрами макропор, швидкість поверхневої рекомбінації, об’ємна частка макропор. Ефективна рекомбінація нерівноважних носіїв заряду в макропористому кремнії визначається рекомбінацією нерівноважних носіїв заряду на поверхні макропор та обмежується дифузією носіїв заряду з монокристалічної підкладки до рекомбінаційних поверхонь в макропористому шарі. Ми, використовуючи систему рівнянь, розрахували та показали на рисунку ефективний час життя неосновних носіїв заряду в макропористому кремнії в залежності від глибини макропор. Для перевірки точності розрахунків виконаних за допомогою системи аналітичних рівнянь, яка визначає ефективний час життя неосновних носіїв заряду в макропористому кремнії на монокристалічній підкладці, ми скористалися чисельним методом. Чисельний метод показав збіг розрахунків ефективного часу життя неосновних носіїв заряду. При глибині макропор близьких до розмірів зразка макропористого кремнію, спостерігається розбіжність результатів розрахунків.

час життя неосновних носіїв заряду; макропористий кремній; релаксація

1. Ernst M., Brendel R., Ferre R., Harder N P. Thin macroporous silicon heterojunction solar cells. Phys. Stat. Sol. RRL. 2012. 6(5): 187. https://doi.org/10.1002/pssr.201206113

2. Ernst M., Brendel R. Macroporous silicon solar cells with an epitaxial emitter. IEEE J. Photovoltaics. 2013. 3(2): 723. https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2013.2247094

3. Juntunen M.A., Heinonen J., Vähänissi V., Repo P., Valluru D., Savin H. Near-unity quantum efficiency of broadband black silicon photodiodes with an induced junction. Nature Photonics. 2016. 10(12): 777. https://doi.org/10.1038/nphoton.2016.226

4. Otto M., Algasinger M., Branz H., Geseman B. Black silicon photovoltaics. Adv. Opt. Mater. 2015. 3(2): 147. https://doi.org/10.1002/adom.201400395

5. Bett A.J., Eisenlohr J., Höhn O., Repo P., Savin H., Bläsi B., Goldschmidt J.C. Wave optical simulation of the light trapping properties of black silicon surface textures. Opt. Express. 2016. 24(6): 434. https://doi.org/10.1364/OE.24.00A434

6. Karachevtseva L., Kartel M., Kladko V, Gudymenko O., Bo Wang, Bratus V., Lytvynenko O., Onyshchenko V., Stronska O. Functionalization of 2D macroporous silicon under the high-pressure oxidation. Appl. Surf. Sci. 2018. 434: 142. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.10.029

7. Ernst M., Brendel R. Modeling effective carrier lifetimes of passivated macroporous silicon layers. Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2011. 95(4): 1197. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2011.01.017

8. Monastyrskii L.S., Sokolovskii B.S., Pavlyk M.R. Analytical and numerical calculations of photoconductivity in porous silicon. Ukr. J. Phys. 2011. 56(9): 902. https://doi.org/10.1155/2011/896962

9. Onyshchenko V.F., Karachevtseva L.A. Effective minority carrier lifetime and distribution of steady-state excess minority carriers in macroporous silicon. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2017. 8(3): 322. https://doi.org/10.15407/hftp08.03.322

10. Onyshchenko V.F., Karachevtseva L.A., Lytvynenko O.O., Plakhotnyuk M.M., Stronska O.Y. Effective lifetime of minority carriers in black silicon nano-textured by cones and pyramids. Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. 2017. 20(3): 325. https://doi.org/10.15407/spqeo20.03.325

11. Karachevtseva L.A., Onyshchenko V.F. Relaxation of excess minority carrier distribution in macroporous silicon. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2018. 9(2): 158. https://doi.org/10.15407/hftp09.02.158