https://doi.org/10.15407/jopt.2017.52.123
Optoelectron. Semicond. Tech. 52, 123-127 (2017)
V.F. Onyshchenko, M.I. Karas’
Calculation of photoconductivity spectra in silicon with surfaces structured with macropores
Specific features of the photoconductivity spectra in silicon with the surfaces structured with macropores depending on the coefficient of reflection from the surface have been calculated. In the presented model of the photoconductivity spectrum, we took into account the multiple reflection of light from these partially reflecting silicon surfaces. Adduced are distributions of the intensity of electromagnetic radiation and excess minority carriers in the structure of macroporous silicon as a function of distance from the illuminated surface. The wavelengths, at which the photoconductivity in the structure of macroporous silicon with two macropores surfaces grows effectively, has been calculated. The distribution of excess minority carriers in the structure of macroporous silicon at the reflection coefficients of 0 and 0.5 under the incidence of the electromagnetic waves 0.95 and 1.05 μm has been shown.
Keywords: macroporous silicon, spectrum, photoconductivity, charge carrier distribution.
References
1. Savin H., Repo P., Gastrow G., Ortega P., Calle E., Garín M., Alcubilla R. Black silicon solar cells with interdigitated back-contacts achieve 22.1% efficiency. Nature Nanotechnology. 2015. 10, No 7. P. 624-628.
https://doi.org/10.1038/nnano.2015.89
2. Bett A.J., Eisenlohr J., Höhn O., Repo P., Savin H., Bläsi B., Goldschmidt J.C. Wave optical simulation of the light trapping properties of black silicon surface textures. Opt. Exp. 2016. 24, No 6. P. 434-445.
https://doi.org/10.1364/OE.24.00A434
3. Karachevtseva L.A., Lytvynenko O.O., Konin K.P., Parshyn K.A., Sapelnikova O.Yu., Stronska O.J. Electrooptical effects in 2D macroporous silicon structures with nanocoatings. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2015. 8, No 4. P. 377-384.
4. Karachevtseva L.A., Kartel M.T., Lytvynenko O.O., Onyshchenko V.F., Stronska O.J. Polymer-nanoparticle coatings on macroporous silicon matrix. Adv. Mater. Lett. 2017. 8, No 4. P. 336-341.
https://doi.org/10.5185/amlett.2017.1412
5. Oh J., Yuan H.-C. & Branz H.M. An 18.2%-efficient black-silicon solar cell achieved through control of carrier recombination in nanostructures. Nature Nanotechnology. 2012. 7, No 11. P. 743-748.
https://doi.org/10.1038/nnano.2012.166
6. Garnett E., Yang P. Light trapping in silicon nanowire solar cells. Nano Lett. 2010. 10, No 3. P. 1082-1087.
https://doi.org/10.1021/nl100161z
7. Juntunen M.A., Heinonen J., Vähänissi V., Repo P., Valluru D., Savin H. Near-unity quantum efficiency of broadband black silicon photodiodes with an induced junction. Nature Photonics. 2016. 10, No 12. P. 777-781.
https://doi.org/10.1038/nphoton.2016.226
8. Otto M., Algasinger M., Branz H., Geseman B. et al. Black silicon photovoltaics. Adv. Opt. Mater. 2015. 3, No 2. P. 147-164.
https://doi.org/10.1002/adom.201400395
9. Otto M., Kroll M., Käsebier T., Salzer R., Tünnermann A., Wehrspohn R.B. Extremely low surface recombination velocities in black silicon passivated by atomic layer deposition. Appl. Phys. Lett. 2012. 100, No 19. P. 191603-191606.
https://doi.org/10.1063/1.4714546
10. Zhong S.H., Liu B.W., Xia Y., Liu J.H., Liu J., Shen Z.N., Xu Z., Li C.B. Influence of the texturing structure on the properties of black silicon solar cell. Sol. Energ. Mat. Sol. C. 2013. 108. P. 200-204.
https://doi.org/10.1016/j.solmat.2012.10.001
11. Onyschenko V.F. Rozpodil nerivnovazhnih nosiyiv zaryadu v strukturah makroporistogo kremniyu pri yih odnoridnij generaciyi po ob'yemu zrazka. Optoelektronika i poluprovodnikovaya tehnika. 2015. № 50. S. 125-131. (in Ukrainian)
12. Onyschenko V.F. Rozpodil fotonosiyiv u makroporistomu kremniyi pri yih neodnoridnij generaciyi. Optoelektronika i poluprovodnikovaya tehnika. 2016. № 51. S. 158-162. (in Ukrainian)
13. Onyschenko V.F. Vpliv pidkladki ta poverhni makropori na fotoprovidnist u dvovimirnih strukturah makroporistogo kremniyu. Optoelektronika i poluprovodnikovaya tehnika. 2014. № 49. S. 75-81. (in Ukrainian)
14. Onyshchenko V.F. Karachevtseva L.A. Effective minority carrier lifetime and distribution of steady-state excess minority carriers in macroporous silicon. Chemistry, Physics and Technology of Surface. 2017. 8, No 3. P. 322-332.
https://doi.org/10.15407/hftp08.03.322
15. Onyshchenko V.F., Karachevtseva L.A., Lytvynenko O.O., Plakhotnyuk M.M., Stronska O.Y. Effective lifetime of minority carriers in black silicon nano-textured by cones and pyramids. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2017. 20, No 3. P. 325-329.
https://doi.org/10.15407/spqeo20.03.325
16. Onyshchenko V.F., Karachevtseva L.A. Conductivity and photoconductivity of two-dimensional macroporous silicon structures. Ukr. J. Phys. 2013. 58, No 9. P. 846-852.
https://doi.org/10.15407/ujpe58.09.0846
17. Bonch-Bruevich V.L., Kalashnikov S.G. Fizika poluprovodnikov: uchebnoe posobie. 2-e izd. Moskva: Nauka, 1990. (in Russian)
В.Ф. Онищенко, М.І. Карась
РОЗРАХУНОК СПЕКТРІВ ФОТОПРОВІДНОСТІ В КРЕМНІЇ З ПОВЕРХНЯМИ, СТРУКТУРОВАНИМИ МАКРОПОРАМИ
Розраховано особливості спектрів фотопровідності в кремнії з поверхнями, структурованими макропорами, в залежності від коефіцієнта відбиття від поверхні. У представленій моделі спектра фотопровідності ми врахували багаторазове відбиття світла від частково відбиваючих кремнієвих поверхонь, структурованих макропорами. Наведено розподіл інтенсивності електромагнітного випромінювання та розподіл надлишкових неосновних носіїв заряду в структурі макропористого кремнію від відстані до поверхні, що освітлюється. Розраховано довжини хвиль, при яких фотопровідність у структурі макропористого кремнію з двома макропористими поверхнями зростає ефективно. Показано розподіл надлишкових неосновних носіїв заряду у структурі макропористого кремнію для коефіцієнтів відбиття 0 та 0,5 при падінні електромагнітної хвилі 0,95 мкм та 1,05 мкм.
Ключові слова: макропористий кремній, спектр, фотопровідність, розподіл носіїв заряду.