Kokia yra atvirkštinė fotovoltinių diodų nuotėkio srovė ir kaip ją optimizuoti?

一, Atbulinės nuotėkio srovės susidarymo mechanizmas ir pagrindiniai įtakos veiksniai
1. Fizinis mechanizmas: Dvigubas nešiklio difuzijos ir terminio sužadinimo poveikis
Atvirkštinė nuotėkio srovė susideda iš dviejų dalių:

Erdvinio krūvio srityje generuojama srovė: Esant atvirkštiniam poslinkiui, PN sandūros erdvės krūvio srities plotis didėja, o stiprus elektrinis laukas pagreitina krūvininkų judėjimą, todėl šiluminio sužadinimo generuojamos elektronų skylių poros atsiskiria elektriniu lauku, suformuojant srovę. Srovė yra eksponentiškai susijusi su pralaidos pločiu ir sudaro daugiau nei 80 % silicio{2}}pagrįstų įrenginių.
In vivo difuzijos srovė: mažumos nešikliai (pvz., elektronai P-tipo srityje), veikiami koncentracijos gradiento, difunduoja link N-tipo srities, sudarydami silpną srovę. Jo vertė paprastai yra nA diapazone, tačiau ji gali žymiai padidėti esant aukštai temperatūrai arba stipriai spinduliuojant.
2. Pagrindiniai įtaką darantys veiksniai: visapusiškas medžiagų, procesų ir aplinkos poveikis
Medžiagų defektai: gardelės išnirimai ir metalinės priemaišos (tokios kaip geležis ir varis) gali būti įneštos į kompozicinį centrą, todėl mažumos krūvininkų tarnavimo laikas sutrumpėja. Eksperimentai parodė, kad kai metalo taršos koncentracija viršija 1 × 10 ¹⁰ atomų/cm ², nuotėkio srovė gali padidėti 2-3 eilėmis.
Gamybos procesas: Netolygus dopingas ir nepakankamas paviršiaus pasyvavimas gali padidinti paviršiaus nuotėkio srovės dalį iki 30–50%. Pavyzdžiui, Schottky diodų nuotėkio srovė yra 2–3 laipsniais didesnė nei tradicinių PN sandūrų dėl metalinių puslaidininkių kontaktinių charakteristikų.
Temperatūros efektas: Kaskart padidinus temperatūrą 10 laipsnių, nuotėkio srovė padvigubėja. Esant aukštai -temperatūrai, pvz., dykumose, tradicinių silicio-diodų nuotėkio srovė gali siekti μ A, o trečiosios-kartos puslaidininkiniai įrenginiai (pvz., SiC) gali ją sumažinti 2–4 dydžiais.
Atbulinė įtampa: kai įtampa viršija kritinę vertę (pvz., 1,2 karto VRWM), nuotėkio srovė didėja eksponentiškai, o tai gali sukelti gedimo žalą.
2, Atbulinės nuotėkio srovės optimizavimo strategija: visas grandinės tobulinimas nuo medžiagų iki sistemų
1. Medžiagų inovacijos: proveržis trečiosios kartos puslaidininkių pritaikymas
Silicio karbidas (SiC) ir galio nitridas (GaN): plačios juostos charakteristikos (3,2 eV SiC ir 3,4 eV GaN) žymiai sumažina šiluminės sužadinimo srovę ir pasižymi puikiu atsparumu aukštai -temperatūrai. Pavyzdžiui, Infineon CoolSiC ™ Schottky diodų nuotėkio srovė esant 150 laipsnių yra tik 1/1000 silicio{7}}pagrįstų įrenginių.
Heterojungties struktūra: auginant tokias medžiagas kaip GaAs arba InGaP ant silicio substrato, susidaro heterosankcijos sąsaja, kuri slopina nešiklio difuziją. Japonijos Panasonic Corporation sukurtas fotovoltinis diodas HJT (heterojunkcija) sumažina nuotėkio srovę iki mažesnės nei 0,1 nA/cm².
2. Proceso optimizavimas: tikslus valdymas nuo plokštelių iki pakavimo
Itin švari gamybos aplinka: naudojant 10 klasės švarias patalpas (su 0,5 μm arba didesnėmis dalelėmis, mažesnėmis arba lygiomis 10 kubinėje pėdoje oro), kartu su vakuuminio pakavimo technologija, metalo užterštumo koncentraciją galima kontroliuoti žemiau 1 × 10 ⁸ atomų/cm².
Paviršiaus pasyvavimo technologija: išauginkite Al ₂ O3 arba SiN ₓ plonas plėveles per atominio sluoksnio nusodinimą (ALD), užpildykite paviršiaus defektus ir sumažinkite būsenų paviršiaus tankį. Eksperimentiniai duomenys rodo, kad ALD pasyvavimas gali sumažinti nuotėkio srovę 50–70%.
Lazerinio dopingo procesas: naudojant lazerinį vietinį kaitinimą, kad būtų pasiektas tikslus dopingas, išvengiant netolygaus dopingo problemos tradiciniuose difuzijos procesuose. Fraunhofer ISE instituto Vokietijoje sukurta lazerinio dopingo technologija kontroliuoja dopingo koncentracijos svyravimus ± 3%.
3. Struktūrinis projektavimas: sistemingos naujovės nuo įrenginių iki modulių
Kelių sankryžų serijos struktūra: nuosekliai sujungiant kelias PN jungtis, padidėja atvirkštinio blokavimo įtampa ir sumažėja vienos sankryžos elektrinio lauko stiprumas. Pavyzdžiui, esant atvirkštinei 1000 V įtampai, trijų sandūrų fotovoltinio diodo nuotėkio srovė yra tik 1/10 vienos jungties įtaiso srovės.
Integruota apsaugos grandinė: MOSFET arba TVS (transient Voltage Suppression) diodas yra įdėtas į diodo modulį, kad būtų sudarytas atvirkštinės apsaugos tinklas. STPROTECT iš STMicroelectronics ™ serijos, gali apriboti atvirkštinio nuotėkio srovę iki mažesnės nei 10nA.
Šilumos valdymo optimizavimas: naudojant fazės keitimo medžiagas (PCM) arba mikrokanalinio aušinimo technologiją, kad būtų galima valdyti žemesnę nei 85 laipsnių darbo temperatūrą. Eksperimentai parodė, kad temperatūros sumažėjimas 20 laipsnių gali sumažinti nuotėkio srovę 75%.
4. Testavimas ir patikrinimas: visa proceso kontrolė nuo gamybos iki taikymo
Didelio tikslumo testavimo įranga: naudokite Keithley 6517B elektrostatinį matuoklį arba Agilent B1500A puslaidininkių parametrų analizatorių, kad atliktumėte nuotėkio srovės bandymą nuo -55 laipsnių iki 175 laipsnių 0,1 fA tikslumu.
Pagreitinto senėjimo bandymas: pasirinkite įrenginius, pasižyminčius puikiu nuotėkio srovės stabilumu, atlikdami aukštos{0}}temperatūros ir didelės drėgmės (85 laipsniai / 85 % santykinio drėgnumo) arba pakreiptos temperatūros nestabilumo (PTI) testus. Pavyzdžiui, T Ü V Rheinland standartas HALT (didelio pagreičio naudojimo testas) reikalauja, kad prietaiso nuotėkio srovės kitimo greitis po 1000 valandų senėjimo būtų mažesnis arba lygus 10%.
Duomenimis pagrįstas atrankos modelis: remdamiesi mašininio mokymosi algoritmais, nustatykite nuotėkio srovės, proceso parametrų ir aplinkos sąlygų koreliacijos modelį, kad būtų pasiektas tikslus patikrinimas. „Huawei“ skaitmeninės energijos komandos sukurta dirbtinio intelekto patikros sistema sumažino defektų skaičių iki mažiau nei 0,01%.