优化光电接收器和太阳能元件量子点结构的外延合成模式

{"title":"优化光电接收器和太阳能元件量子点结构的外延合成模式","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-107","DOIUrl":null,"url":null,"abstract":"Одним из самых перспективных путей увеличения эффективности солнечных элементов является\nиспользование германиевых квантовых точек на кремниевых подложках. В таких структурах\nформируется так называемая промежуточная зона – область разрешенных состояний в запрещенной\nзоне кремния. Поэтому становится возможным двухступенчатый переход носителей из валентной\nзоны в зону проводимости через промежуточную зону, вызванный поглощением\nнизкоэнергетических фотонов. В результате наблюдается продление спектра чувствительности\nсолнечного элемента в длинноволновую область и соответствующее увеличение эффективности\nпреобразования солнечной энергии. Кроме того, достоинством структур с квантовыми точками Ge/Si\n(гетероструктур II типа) является большое время жизни носителей, обусловленное непрямыми\nоптическими переходами и пространственным разделением электронов и дырок [1, 2].\nФотодетекторы с квантовыми точками германия в кремнии также привлекают большое внимание\nисследователей благодаря совместимости с хорошо развитой кремниевой технологией, работе в\nдиапазоне длин волн прозрачности атмосферы, а также потенциально высокой чувствительности.\nОднако для реализации всех потенциальных возможностей фотодетекторов и солнечных элементов\nна основе наноструктур с квантовыми точками германия в кремнии необходима тщательная\nотработка технологии их синтеза [3, 4].\nВ данной работе проводится анализ перспектив дальнейшего использования наногетероструктур с\nквантовыми точками германия на кремнии в различных оптоэлектронных устройствах, таких как,\nнапример, солнечные элементы и фотоприемники видимого и инфракрасного диапазонов. С\nиспользованием комплексной математической модели, позволяющей рассчитать зависимости\nпараметров выращиваемых методом молекулярно-лучевой эпитаксии массивов самоформирующихся\nнаноостровков германия-кремния от условий роста, потоков осаждаемых материалов, состояния\nподложки теоретически оценены ростовые параметры, необходимые для синтеза таких приборноориентированных гетероструктур. Произведен расчет темнового тока и обнаружительной\nспособности для реальных фоточувствительных структур с квантовыми точками германия на\nкремнии. Оценены темновые токи в таких структурах, вызванные тепловой эмиссией и барьерным\nтуннелированием носителей, а также обнаружительная способность фотоприемника в приближении\nограничений генерационно-рекомбинационными шумами. Показано, что при выборе для параметров\nмодели (в том числе расстояния между энергетическими уровнями и дисперсии этих расстояний от\nточки к точке, определяемой разбросом островков в массиве по размерам) значений,\nсоответствующих экспериментальным исследованиям морфологии и энергетической структуры\nрассматриваемых образцов, результаты моделирования хорошо соответствуют экспериментальным\nданным.\nОсобое внимание также уделяется теоретической оценке режимов роста для создания ансамблей\nостровков требуемого размера и высокой плотности, с заданными положениями дискретных\nэнергетических уровней и промежуточной зоны для создания солнечных элементов на их основе","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"25 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0000,"publicationDate":"2019-05-24","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":"0","resultStr":"{\"title\":\"Оптимизация режимов эпитаксиального синтеза структур с квантовыми точками для\\nфотоприемников и солнечных элементов\",\"authors\":\"\",\"doi\":\"10.34077/rcsp2019-107\",\"DOIUrl\":null,\"url\":null,\"abstract\":\"Одним из самых перспективных путей увеличения эффективности солнечных элементов является\\nиспользование германиевых квантовых точек на кремниевых подложках. В таких структурах\\nформируется так называемая промежуточная зона – область разрешенных состояний в запрещенной\\nзоне кремния. Поэтому становится возможным двухступенчатый переход носителей из валентной\\nзоны в зону проводимости через промежуточную зону, вызванный поглощением\\nнизкоэнергетических фотонов. В результате наблюдается продление спектра чувствительности\\nсолнечного элемента в длинноволновую область и соответствующее увеличение эффективности\\nпреобразования солнечной энергии. Кроме того, достоинством структур с квантовыми точками Ge/Si\\n(гетероструктур II типа) является большое время жизни носителей, обусловленное непрямыми\\nоптическими переходами и пространственным разделением электронов и дырок [1, 2].\\nФотодетекторы с квантовыми точками германия в кремнии также привлекают большое внимание\\nисследователей благодаря совместимости с хорошо развитой кремниевой технологией, работе в\\nдиапазоне длин волн прозрачности атмосферы, а также потенциально высокой чувствительности.\\nОднако для реализации всех потенциальных возможностей фотодетекторов и солнечных элементов\\nна основе наноструктур с квантовыми точками германия в кремнии необходима тщательная\\nотработка технологии их синтеза [3, 4].\\nВ данной работе проводится анализ перспектив дальнейшего использования наногетероструктур с\\nквантовыми точками германия на кремнии в различных оптоэлектронных устройствах, таких как,\\nнапример, солнечные элементы и фотоприемники видимого и инфракрасного диапазонов. С\\nиспользованием комплексной математической модели, позволяющей рассчитать зависимости\\nпараметров выращиваемых методом молекулярно-лучевой эпитаксии массивов самоформирующихся\\nнаноостровков германия-кремния от условий роста, потоков осаждаемых материалов, состояния\\nподложки теоретически оценены ростовые параметры, необходимые для синтеза таких приборноориентированных гетероструктур. Произведен расчет темнового тока и обнаружительной\\nспособности для реальных фоточувствительных структур с квантовыми точками германия на\\nкремнии. Оценены темновые токи в таких структурах, вызванные тепловой эмиссией и барьерным\\nтуннелированием носителей, а также обнаружительная способность фотоприемника в приближении\\nограничений генерационно-рекомбинационными шумами. Показано, что при выборе для параметров\\nмодели (в том числе расстояния между энергетическими уровнями и дисперсии этих расстояний от\\nточки к точке, определяемой разбросом островков в массиве по размерам) значений,\\nсоответствующих экспериментальным исследованиям морфологии и энергетической структуры\\nрассматриваемых образцов, результаты моделирования хорошо соответствуют экспериментальным\\nданным.\\nОсобое внимание также уделяется теоретической оценке режимов роста для создания ансамблей\\nостровков требуемого размера и высокой плотности, с заданными положениями дискретных\\nэнергетических уровней и промежуточной зоны для создания солнечных элементов на их основе\",\"PeriodicalId\":118786,\"journal\":{\"name\":\"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»\",\"volume\":\"25 1\",\"pages\":\"0\"},\"PeriodicalIF\":0.0000,\"publicationDate\":\"2019-05-24\",\"publicationTypes\":\"Journal Article\",\"fieldsOfStudy\":null,\"isOpenAccess\":false,\"openAccessPdf\":\"\",\"citationCount\":\"0\",\"resultStr\":null,\"platform\":\"Semanticscholar\",\"paperid\":null,\"PeriodicalName\":\"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»\",\"FirstCategoryId\":\"1085\",\"ListUrlMain\":\"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-107\",\"RegionNum\":0,\"RegionCategory\":null,\"ArticlePicture\":[],\"TitleCN\":null,\"AbstractTextCN\":null,\"PMCID\":null,\"EPubDate\":\"\",\"PubModel\":\"\",\"JCR\":\"\",\"JCRName\":\"\",\"Score\":null,\"Total\":0}","platform":"Semanticscholar","paperid":null,"PeriodicalName":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","FirstCategoryId":"1085","ListUrlMain":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-107","RegionNum":0,"RegionCategory":null,"ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":null,"EPubDate":"","PubModel":"","JCR":"","JCRName":"","Score":null,"Total":0}
引用次数: 0

摘要

提高太阳能电池效率的最好方法之一是在硅底座上使用德国量子点。这种结构形成了一个所谓的中间地带——在一个受限的硅区域。因此,可以通过吸收低能量光子引起的中间区域将载体从情人节转移到导电性区域。结果是将敏感的太阳元素光谱扩展到长波区域,并相应增加太阳能效率。此外,由于电子和洞的空间分裂和空间分裂,具有量子点j /Si(II型异质结构)的结构的优点是载体寿命很长。具有量子点的德国量子探测器也通过与高度发达的硅技术、大气透明度波长范围的工作以及潜在的高灵敏度吸引了大量的研究人员。但是,要实现所有可能的光电探测器和太阳能电池,基于纳米技术和硅中的量子点,德国需要对其合成技术进行彻底的分析(3、4)。这项工作分析了德国在硅中的纳米异质点在不同光电设备(如太阳能元件和可见和红外波段光电接收器)中继续使用硅纳米结构的前景。利用复杂的数学模型来计算自成型的德国-硅数组的依赖于生长条件、包围材料流、状态基准,理论上评估了合成这些定向异质结构所需的生长参数。德国纳克汉姆量子点的真实光敏结构的暗电流和探测能力已经被计算出来。这些结构中的暗电流是由热排放和载体跨境隧道引起的,以及光电接收器在近距离限制发电和重组噪音方面的探测能力。显示,在选择参数模型(包括这些距离与数组中的岛屿距离之间的距离和分散)值时,建模结果与实验数据非常匹配。还特别关注对生长模式的理论评估,以创建所需大小和高密度的群体,并规定可自由支配能级和中间区域,以创造太阳能电池。
本文章由计算机程序翻译,如有差异,请以英文原文为准。
Оптимизация режимов эпитаксиального синтеза структур с квантовыми точками для фотоприемников и солнечных элементов
Одним из самых перспективных путей увеличения эффективности солнечных элементов является использование германиевых квантовых точек на кремниевых подложках. В таких структурах формируется так называемая промежуточная зона – область разрешенных состояний в запрещенной зоне кремния. Поэтому становится возможным двухступенчатый переход носителей из валентной зоны в зону проводимости через промежуточную зону, вызванный поглощением низкоэнергетических фотонов. В результате наблюдается продление спектра чувствительности солнечного элемента в длинноволновую область и соответствующее увеличение эффективности преобразования солнечной энергии. Кроме того, достоинством структур с квантовыми точками Ge/Si (гетероструктур II типа) является большое время жизни носителей, обусловленное непрямыми оптическими переходами и пространственным разделением электронов и дырок [1, 2]. Фотодетекторы с квантовыми точками германия в кремнии также привлекают большое внимание исследователей благодаря совместимости с хорошо развитой кремниевой технологией, работе в диапазоне длин волн прозрачности атмосферы, а также потенциально высокой чувствительности. Однако для реализации всех потенциальных возможностей фотодетекторов и солнечных элементов на основе наноструктур с квантовыми точками германия в кремнии необходима тщательная отработка технологии их синтеза [3, 4]. В данной работе проводится анализ перспектив дальнейшего использования наногетероструктур с квантовыми точками германия на кремнии в различных оптоэлектронных устройствах, таких как, например, солнечные элементы и фотоприемники видимого и инфракрасного диапазонов. С использованием комплексной математической модели, позволяющей рассчитать зависимости параметров выращиваемых методом молекулярно-лучевой эпитаксии массивов самоформирующихся наноостровков германия-кремния от условий роста, потоков осаждаемых материалов, состояния подложки теоретически оценены ростовые параметры, необходимые для синтеза таких приборноориентированных гетероструктур. Произведен расчет темнового тока и обнаружительной способности для реальных фоточувствительных структур с квантовыми точками германия на кремнии. Оценены темновые токи в таких структурах, вызванные тепловой эмиссией и барьерным туннелированием носителей, а также обнаружительная способность фотоприемника в приближении ограничений генерационно-рекомбинационными шумами. Показано, что при выборе для параметров модели (в том числе расстояния между энергетическими уровнями и дисперсии этих расстояний от точки к точке, определяемой разбросом островков в массиве по размерам) значений, соответствующих экспериментальным исследованиям морфологии и энергетической структуры рассматриваемых образцов, результаты моделирования хорошо соответствуют экспериментальным данным. Особое внимание также уделяется теоретической оценке режимов роста для создания ансамблей островков требуемого размера и высокой плотности, с заданными положениями дискретных энергетических уровней и промежуточной зоны для создания солнечных элементов на их основе
求助全文
通过发布文献求助,成功后即可免费获取论文全文。 去求助
来源期刊
自引率
0.00%
发文量
0
×
引用
GB/T 7714-2015
复制
MLA
复制
APA
复制
导出至
BibTeX EndNote RefMan NoteFirst NoteExpress
×
提示
您的信息不完整,为了账户安全,请先补充。
现在去补充
×
提示
您因"违规操作"
具体请查看互助需知
我知道了
×
提示
确定
请完成安全验证×
copy
已复制链接
快去分享给好友吧!
我知道了
右上角分享
点击右上角分享
0
联系我们:info@booksci.cn Book学术提供免费学术资源搜索服务,方便国内外学者检索中英文文献。致力于提供最便捷和优质的服务体验。 Copyright © 2023 布克学术 All rights reserved.
京ICP备2023020795号-1
ghs 京公网安备 11010802042870号
Book学术文献互助
Book学术文献互助群
群 号:481959085
Book学术官方微信