Heterozłącze

Heterojunction jest skrzyżowanie dwóch półprzewodników , których zakazane zespoły (GAP, w języku angielskim) są różne. Heterozłącza mają duże znaczenie w fizyce i optyce półprzewodników.

Wprowadzenie

Heterozłącze to połączenie utworzone przez dwa różne półprzewodniki lub metal i półprzewodnik.

Kiedy dwa półprzewodniki mają ten sam typ przewodnictwa, mówimy o heterozłączu izotypowym . Kiedy rodzaj przewodnictwa jest inny, nazywa się to heterozłączem anizotypowym. To właśnie ten ostatni rodzaj heterozłącza jest bardziej interesujący.

W 1951 roku William Shockley zaproponował użycie nagłego heterozłącza jako wydajnego wtryskiwacza baza-emiter w tranzystorze bipolarnym. W tym samym roku Gubanov opublikował artykuł teoretyczny na temat heterozłączeń. Od tego czasu heterozłącza były szeroko badane, a wiele zastosowań (często istniejących z homozłączami) zostało ulepszonych lub działających w temperaturze pokojowej. Należy w szczególności wspomnieć o diodach elektroluminescencyjnych , laserach, fotodetektorach, ogniwach słonecznych itp.

Zasady

Albo półprzewodnik i półprzewodnik , wtedy mamy różnicę między dwiema przerwami w materiale, która nie wynosi zero. Zauważamy : $W$ $b$

{\ Displaystyle \ Delta E_ {g} = E_ {G} (A) -E_ {G} (B)}

Ta różnica w przerwach jest następnie dzielona na dwie nieciągłości: nieciągłość pasma walencyjnego ( ) i nieciągłość pasma przewodnictwa ( ), tak że: ${\ displaystyle \ Delta E_ {czas.}}$ ${\ displaystyle \ Delta E_ {c}}$

{\ Displaystyle \ Delta E_ {v} + \ Delta E_ {c} = \ Delta E_ {g}}

Aplikacje

Heterozłącze (które jest kompatybilne z innymi technologiami elektronicznymi) jest podstawą kilku technologii:

telekomunikacja na duże odległości;
Czytniki CD lub DVD ;
Aparat cyfrowy ;
produkcja elementów półprzewodnikowych ( laserów , diod , odbiorników) po niskich kosztach i / lub bardziej wydajnych niż ich odpowiedniki z homozłączami.
Fotowoltaika : heterozłącze może znacznie usprawnić i ułatwić produkcję niektórych typów ogniw fotowoltaicznych . W 2019 roku , po ponad 10 latach badań z INES, technologia ta umożliwiła CEA pobicie nowego rekordu wydajności dla kilku typów krzemowych ogniw heterozłączowych (charakteryzujących się rdzeniem zbudowanym z monokrystalicznych ogniw krzemowych typu. N (ten rdzeń jest domieszkowany z półprzewodnikiem wykonanym z fosforu ). Ponadto zmniejsza się liczba etapów wytwarzania: trawienie chemiczne wytwarza niezbędne piramidy na waflach krzemowych (zwane waflami). Następnie czyszczenie (również chemiczne) poprzedza plazmowe osadzanie nanometrycznych warstw krzemu amorficznego , a następnie przeźroczysty amorficzny domieszkowany krzemem z jednej strony i domieszkowany P. z drugiej strony. Sitodruk umożliwia wówczas osadzenie sieci przewodzących przewodów przeznaczonych do zbierania ładunków elektrycznych. Nie jest konieczne przekraczanie 200 ° C podczas operacji (porównaj do 400 ° C lub 800 ° C do 850 ° C dla procesów konkurencyjnych. Następnie podczas produkcji modułu fotowoltaicznego komórki oltaic są ze sobą połączone. Komórka wytwarzać heterozłączu jest prawie symetryczne, co pozwala bifacial zastosowań : sposób wychwytywania światła odbitego przez spód modułu daje wzrost wydajności (od do + 8 + 15%) w porównaniu do jednostronnego modułu . Ponadto moduł ogniwa heterozłączowego traci mniejszą wydajność, gdy jest wystawiony na działanie ciepła (poprawiony współczynnik temperaturowy (-0,25% na dodatkowy stopień w porównaniu z -0,35% dla normalnego modułu). Według Charlesa Rouxa ustaw niektóre moduły pionowo na wschód-zachód oś daje im dwa szczyty produkcyjne (około 10 rano i około 16 po południu), które mogą wygładzić produkcję „elektrowni” z panelami skierowanymi na południe, których szczyt produkcyjny pojawia się w następujący sposób. w południe ... ułatwiając zarządzanie siecią elektryczną . analiza cyklu życia w heterozłączu wydaje się równie ciekawe (mniejszy ślad ekologiczny i energii, lepsze możliwości recyklingu ... z wyjątkiem indu która pozostaje konieczne i dla którego wciąż szuka skutecznego substytutu, chociaż w latach 2000-2020 sektor fotowoltaiczny zużywa znacznie mniej niż płaskie ekrany i telefonia . heterozłącze (które wychwytuje energię widma widzialnego i podczerwień ) jest a priori zgodne z cellules- perowskity (które oddają energię promieniowania ultrafioletowego i początku widma widzialnego) i innych technologii (np styków na tylnej, która pozwoliła wydajność ostatnie rekordy poprzez eliminację cieni na przedniej powierzchni dzięki metalizacja w pełni przeniesiona na tylną powierzchnię ”. Dzięki połączeniu kilku z tych technik teoretyczna wydajność 32% wydaje się możliwa według CEA, ale ogniwa perowskitowe nadal wymagają stabilizacji w czasie i produkcji na większych modułach.

Uwagi i odniesienia

W.Schockley, patent amerykański 2,569,347 (1951)
AI Gubanov, Zh. Tekh. Fiz., 21, 304 (1951)
Gréboire Noble (2019) Jak heterozłącze krzemu może zakłócić działanie fotowoltaiki ; Batiactu 22 marca 2019; z wywiadu Charlesa Rouxa, szefa laboratorium w CEA-Ines w Grenoble

Zobacz też

Podwójna heterostruktura

Linki zewnętrzne