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Institut Silizium-Photovoltaik

Photoinjektion

Die Photoinjektionsuntersuchungen dienen der Bestimmung von Barriere­nenergien und Bandoffsets an Heteroübergängen, sowie der Klärung der Frage, unter welchen Bedingungen die Photoinjektion als Wirkprinzip in der Photovoltaik einsetzbar ist.

Bestrahlt man eine Heterostruktur mit Photonen der Energie hν, so werden heiße Elektronen und Löcher erzeugt (Abb. 1). Genügt deren Energie sowie die Impulskomponente senkrecht zur Grenzfläche, um die Barriere (Ebe, Ebh) zum angrenzenden Festkörper zu überwinden, so fließt ein von Elektronen und Löchern getragener Photo­injektion­strom.

Exemplarische Meßergebnisse:

Die spektrale Abhängigkeit der inneren Quantenausbeute Y(hν) der Photoinjektion genügt oft dem Zusammenhang Y(hν)·hν≈(Eb-hν)2, aus dem sich die Barrierenenergie als Schwellenergie für den Injektionsstrom ergibt, wie in Abbildung 2 dargestellt.

Aus den Barrierenenergien für die Injektion von Elektronen oder/und Löchern in die jeweiligen Bänder lassen sich an Halbleiter/Halbleiter-Heteroübergängen bei Kenntnis der Bandlücken der beteiligten Festkörper die Bandoffsets bestimmen.

Grundlagenuntersuchungen ergaben einen drastischen Einfluß der Emitterschichtdicke auf die inneren Quantenausbeute. Mit ab­nehmender Schichtdicke der Emitterschicht erhöht sich die optische Absorption; gleichzeitig nimmt durch Mehrfachreflexion der angeregten Ladungsträger an den Grenzflächen die innere Quantenausbeute um ein Vielfaches zu. Unsere Ergebnisse zur inneren Quanten­ausbeute für das System Gold/c-Si(n) sind in Abb.2) im Vergleich zum klassischen Fowler-Modell, in dem Streuprozesse und Absorptionsanomalien nicht berücksichtigt sind, dargestellt.

Untersuchte Materialien:

  • Heterostrukturen vom Typ Au/Si, TCO/Si, TCO/a-Si:H, Silizid/Si, SiO2/Si
  • Schottkyübergänge auf c-Si, a-Si:H, Metall/a-Si:H/c-Si
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Abb. 1: Prinzipdarstellung der Photoinjektion von Elektronen (roter Pfeil) am Beispiel einer Au/c-Si Struktur. hν: Photonenenergie, Eb: Barrierenenergie, ΔE: Bildkraft-Barrierenerniedrigung



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Abb. 2: Spektralabhängigkeit der inneren Quantenausbeute für die Photo­injektion von Elektronen aus der optisch semitransparenten Goldschicht ins c-Si. Die Barrierenenergie beträgt 0.8 eV



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Abb. 3: Ergebnisse zur inneren Quantenausbeute für das System Au/c-Si(n)

Literatur:

[1] S.M.Sze, J.L.Moll, and T.Sugano, Solid State Electron. 7, 509 (1964).
[2] C.R.Crowell, W.G.Spitzer, L.E.Howarth, and E.E.LaBate, Phys.Rev. 127, 2006 (1962).
[3] E.O.Kane, Phys. Rev. 147, 335(1966).
[4] A. Czernik, H. Palm, W. Cabanski, M. Schulz, and U. Suckow, Appl. Phys.A 55,180 (1992).
[5] E.Y.Chan, H.C.Card, and M.C.Teich, IEEE Jour. Quant. Electr. 16, 373 (1980).
[6] R.Reva, J.M. Langer, M.Missious, and A.R.Peaker, J.Appl.Phys. 74, 416 (1993).
[7] C.Caluzza, E.Tuncel, and J.L.Staehli, Phys. Rev. B 46, 12834 (1992).
[8] H.Elabd and W.F.Kosonocky, RCA Review 43, 569 (1982).
[9] E.Roca, K.Kyllesbech Larsen, S.Kolodinsky, and R.Mertens, J. Appl. Phys. 79, 4426 (1996).
[10] M. Schmidt, M. Brauer, and V. Hoffmann; Appl. Surf. Science 102, 303(1996)