Published November 25, 2019 | Version v1
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OCVD measurement for extraction of minority carrier lifetime in GaSb, GaAs and silicon junctions: simulations and experimentations

Description

Minority carrier lifetime measurement is essential to optimize PV solar cells. The OCVD method allows it into p-n junction. Compare to other techniques widely used like PCD or TRPL, it is really simple and cheap. However it has been scarcely used for III-V materials mainly due to their low lifetime (< 1 μs). We focus on III-V semiconductors because they are good candidates to multijunction solar cells dedicated to CPV. Nevertheless, the OCVD signal must be simulated in order to extract lifetime in these materials. Therefore, we first used TCAD simulation to study design influence (bulk thickness and emitter doping) of silicon and GaAs p-n junctions on OCVD signal. We examined lifetime extraction in a specific region: the bulk. In parallel, we characterized GaSb and GaAs diodes. Experimental I-V and OCVD curves of GaSb p-n junctions have been fitted by TCAD simulation. It allowed to highlight the blocking diode is of major importance. Its blocking time has to be shorter than measured lifetime. Finally, we developed a model under Python based on transient single-diode model. It enables first to simulate OCVD signal, then to fit experimental curve with several fitting variables (τOCVD, Nl et Rsh). This modelling allowed to study further the variable influences on the signal and thus improved our knowledge on OCVD behaviour. (author)

Abstract (French)

Mesurer la duree de vie des porteurs minoritaires est indispensable pour optimiser les cellules PV. La methode OCVD le permet dans une jonction p-n. C'est une technique relativement simple a mettre en place et peu couteuse comparee a d'autres largement utilisees comme la PCD ou la TRPL. Cependant elle a rarement ete employee pour les materiaux III-V puisque les durees de vie sont generalement tres faibles (< 1 μs). Nous nous interessons aux semiconducteurs III-V puisqu'ils sont utilises dans les cellules multijonctions dediees au CPV. Afin de determiner la duree de vie dans ces materiaux, le signal OCVD doit etre modelise. Pour ce faire, nous avons tout d'abord utilise la simulation TCAD pour etudier l'influence du design (epaisseur du bulk et dopage de l'emetteur) de jonctions p-n en silicium et en GaAs sur le signal OCVD. Nous avons travaille sur l'extraction de la duree de vie dans une region specifique: le bulk. Parallelement nous avons caracterise des diodes en GaSb et en GaAs. a l'aide de la simulation TCAD, nous avons ajuste les courbes experimentales I-V et OCVD. Ceci nous a permis de mettre en evidence l'importance de la diode anti-retour dans le circuit OCVD. Son temps de blocage doit etre inferieur a la duree de vie a mesurer. Enfin, nous avons developpe, sur la base du modele equivalent a une diode en regime transitoire, un modele sous Python. Il permet de simuler le signal OCVD puis d'ajuster une courbe experimentale a partir de plusieurs variables d'ajustement (τOCVD, Nl et Rsh). Ce modele permet egalement d'examiner l'influence de ces grandeurs sur le signal OCVD et donc d'apprehender davantage le comportement de la mesure. (auteur)

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Original title (French)
Mesure par OCVD de la duree de vie des porteurs minoritaires dans des jonctions en GaSb, en GaAs et en Si: simulations et experimentations

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Imprint Pagination
216 p.
Report number
FRNC-TH--15047

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Notes
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