Вплив температури на енергетичне положення рівня фермі в пористому кремнії
Анотація
У цій статті представлено теоретичне дослідження температурно-залежного зсуву рівня Фермі в пористому кремнії (por-Si). Дослідження базується на моделі розподілу зарядових станів, спочатку запропонованій для гідрогенізованого аморфного кремнію (a-Si:H), з урахуванням унікальних фізичних та хімічних властивостей пористого кремнію (por-Si). Температурна залежність параметрів густини зарядових станів у межах забороненої зони враховується як у спрощених, так і в розширених моделях. Для кожної моделі поведінка зсуву рівня Фермі була розрахована за допомогою числових методів, заснованих на інтегрально-диференціальних рівняннях. Результати представлені в графічній формі, а також обговорюються фізичні механізми, що лежать в основі зсуву рівня Фермі в різних температурних діапазонах. Отримані висновки можуть бути застосовані для пояснення процесів переносу носіїв заряду, зменшення поверхневої рекомбінації та підвищення ефективності сонячних елементів на основі гетероструктур por-Si/c-Si.
Завантаження
Посилання
M. Taguchi, K. Kawamoto, and S. Tsuge, “HIT cells—high-efficiency crystalline Si cells with novel structure,” Prog. Photovolt. Res. Appl. 8(5), 503–513 (2000). https://doi.org/10.1002/1099-159x(200009/10)8:5%3C503::aid-pip347%3E3.0.co;2-g
M.L. Scherff, et al., “Efficiency for amorphous/crystalline heterojunction solar cells on flat p-type silicon wafers,” in: Proceedings of PV in Europe 2002, (Rome, Italy, 2002), pp. 216–219.
B. Liang, X. Chen, X. Wang, H. Yuan, A. Sun, Z. Wang, L. Hu, et al., “Progress in crystalline silicon heterojunction solar cells,” Journal of Materials Chemistry A, 13, 2441–2477 (2025). https://doi.org/10.1039/D4TA06224H
M. Schmidt, L. Korte, A. Laades, R. Stangl, Ch. Schubert, H. Angermann, E. Conrad, and K.V. Maydell, “Physical aspects of a Si:H/c-Si heterojunction solar cells,” Thin Solid Films, 515(19), 7475–7480 (2007). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2006.11.087
Yu.V. Kryuchenko, A.V. Sachenko, A.V. Bobyl, V.P. Kostylyov, E.I. Terukov, A.S. Abramov, E.V. Mal’chukova, and I.O. Sokolovskyi, “Simulation of the natural characteristics of vertical a-Si:H/μc-Si:H tandem solar cells. I. General relations,” Semiconductors, 49(5), 683–692 (2015). https://doi.org/10.1134/S1063782615050097
Y.M. Huang, Q.L. Ma, M. Meng, and B.G. Zhai, “Porous silicon based solar cells,” Materials Science Forum, 663–665, 836 840 (2010). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.663-665.836
H. Kwon, J. Lee, M. Kim, and S. Lee, “Investigation of antireflective porous silicon coating for solar cells,” International Scholarly Research Network ISRN Nanotechnology, 2011, 16409 (2011). https://doi.org/10.5402/2011/716409
H. Lin, M. Yang, X. Ru, G. Wang, S. Yin, F. Peng, C. Hong, et al., “Silicon heterojunction solar cells with up to 26.81% efficiency achieved by electrically optimized nanocrystalline-silicon hole contact layers,” Nature Energy, 8, 789–799 (2023). https://doi.org/10.1038/s41560-023-01255-2
S.P. Zimin, “Classification of electrical properties of porous silicon,” Semiconductors, 34(3), 353–357 (2000). https://doi.org/10.1134/1.1187985
Y. Wang, and D. Wang, “Advances in porous silicon materials for sensing, energy storage, and microelectronics,” Nanomaterials, 16, 257 (2026). https://doi.org/10.3390/nano16040257
Yu.V. Kryuchenko, A.V. Sachenko, A.V. Bobyl, V.P. Kostylyov, P.N. Romanets, I.O. Sokolovskyi, A.I. Shkrebtii, et al., “Efficiency a-Si:H solar cell. Detailed theory,” Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics, 15(2), 91-116 (2012). https://doi.org/10.15407/spqeo15.02.091
M.J. Powell, and S.C. Deane, “Improved defect-pool model for charged defects in amorphous silicon,” Physical Review B, 48(15), 10815–10827 (1993). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.48.10815
C. Longeaud, J.A. Schmidt, and R.R. Koropecki, “Determination of semiconductor band gap state parameters from photoconductivity measurements. II. Experimental results,” Physical Review B, 73(23), 235317 (2006). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.73.235317
N. Wang, F. Meng, L. Zhang, Z. Liu, and W. Liu, “Light soaking of hydrogenated amorphous silicon: a short review,” Carbon Neutrality, 3, 18 (2024). https://doi.org/10.1007/s43979-024-00093-9
S. De Wolf, A. Descoeudres, Z.C. Holman, and C. Ballif, “High-efficiency silicon heterojunction solar cells: A review,” Green, 2, 7–24 (2012). https://doi.org/10.1515/green-2011-0018
H. Fritzsche, “Development in understanding and controlling the Staebler–Wronski effect in a-Si:H,” Annual Review of Materials Research, 31, 47–79 (2001). https://doi.org/10.1146/annurev.matsci.31.1.47
Авторське право (c) 2026 У.С. Бабаходжаєв, М.А. Усманов, І.Ш. Вохобджонов, С.М. Шамсіддінова
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
