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Tiempo de Vida

Información General

  1. El tiempo de vida de un semiconductor es contingente sobre la tasa de recombinación, que es dependiente de la concentración de portadores minoritarios.
  2. La vida útil del material tiene en cuenta los diferentes tipos de recombinación.
  3. El tiempo de vida es un indicador de la eficiencia de una célula solar, y por lo tanto es una consideración clave en la elección de materiales para células solares.

Si el número de portadores minoritarios se incrementa por encima de un nivel de equilibrio con alguna excitación externa transitoria (como el sol incidente), los portadores minoritarios en exceso decaerán de nuevo a esa concentración de portadores en equilibrio a través del proceso de recombinación. Un parámetro crítico en una célula solar es la velocidad a la que se produce la recombinación. Tal proceso, conocido como la "tasa de recombinación" depende del número de portadores minoritarios en exceso. Si, por ejemplo, no hay portadores minoritarios en exceso, a continuación, la tasa de recombinación debe ser cero. Dos parámetros que son parte integral de la tasa de recombinación son el tiempo de vida de portadores minoritarios y la longitud de difusión de portadores minoritarios. El primero se discutirá aquí.

El tiempo de vida de portadores minoritarios de un material, denotado por τn or τp, es el tiempo promedio que un portador puede pasar en un estado excitado tras la generación de un electrón-hueco antes de que se recombine. A menudo simplemente referido como el "tiempo de vida" y no tiene nada que ver con la estabilidad del material. Afirmando que "una oblea de silicio tiene una larga vida" por lo general significa que los portadores minoritarios generados en la mayor parte de la oblea por medio de luz u otros medios persistirá durante mucho tiempo antes de su recombinación. Dependiendo de la estructura, las células solares fabricadas a partir de obleas con largos tiempos de vida de los portadores minoritarios, por lo general, serán más eficientes que las células hechas a partir de obleas con cortos tiempos de vida de portadores minoritarios. Los términos "vida larga" y "alta vida" se utilizan indistintamente.

El material con bajos niveles de inyección (donde el número de portadores minoritarios es menor que el dopaje) el tiempo de vida está relacionada con la tasa de recombinación:

dónde τ es la vida útil de los portadores minoritarios, Δn es la concentración en exceso de portadores minoritarios y R es la tasa de recombinación.

 

La vida del proceso Auger es una función de la concentración de portadores y viene dada por:

Dónde el coeficiente Auger, C, para el silicio es típicamente: 1.66 × 10-30cm6/s 1, 2