Determination of the volume diffusion length of minority carriers within the base region of mono-crystalline solar cells by means of transient measurements

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Open-circuit voltage decay (OCVD) of many monocrystalline silicon solar cells after IR optical and electrical excitation (PIVD) has been measured. From the slopes of the decay the lifetime and volume diffusion length of minority carriers have been extracted, making allowance for the geometry of the devices, especially for the thickness of the base region. The procedure uses model curves which have been obtained by solving the differential equation for diffusion of minority carriers for a cartesian 3-dimensional geometry of the samples. More realistic circuit model evaluations of the stored charge of minority carriers yield a second time constant besides minority carrier lifetime, apparent in the voltage decay and excitation dependent. Good agreement has been achieved for differently extracted diffusion length, thus confirming the validity of this approach.

Übersicht

Zeitliches Abklingen der Leerlaufspannung (OCVD) an zahlreichen monokristallinen Silicium-Solarzellen nach IR-optischer und elektrischer Anregung (PIVD) wurde vermessen. Aus den Abkling-Flanken wurden die Lebensdauer und die Volumen-Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger gewonnen, indem die Geometrie der Proben berücksichtigt wurde, vor allem dabei die Dicke der Basis. Des Verfahren benutzt Modellkurven, die durch Lösung der Differentialgleichung für die Diffusion der Minoritätsladungsträger bei kartesischer dreidimensionaler Geometrie der Proben erhalten wurden. Auswertungen anhand eines Ersatzschaltbildes, das in einer stärker dem Verhalten realer Solarzellen entsprechenden Weise den Abbau der gespeicherten Minoritätsträger beschreibt, ergeben neben der Minoritäten-Lebensdauer eine zweite Zeitkonstante, die in den Abkling-Flanken vorhanden ist und von der Anregung abhängt. Gute Übereinstimmung für die nach unterschiedlichen Verfahren ermittelten Werte der Diffusionslänge wurde nachgewiesen, und dies bestätigt die Brauchbarkeit dieser Methode.