Ποιο είναι το ρεύμα αντίστροφης διαρροής των φωτοβολταϊκών διόδων και πώς να το βελτιστοποιήσετε;

一, Μηχανισμός σχηματισμού και βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν το ρεύμα αντίστροφης διαρροής
1. Φυσικός μηχανισμός: Διπλή επίδραση διάχυσης φορέα και θερμική διέγερση
Το ρεύμα αντίστροφης διαρροής αποτελείται από δύο μέρη:

Ρεύμα που δημιουργείται στην περιοχή φόρτισης χώρου: Υπό αντίστροφη πόλωση, το πλάτος της περιοχής φόρτισης της διασταύρωσης PN αυξάνεται και το ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο επιταχύνει την κίνηση των φορέων φορτίου, προκαλώντας τα ζεύγη ηλεκτρονίων που δημιουργούνται από τη θερμική διέγερση να διαχωρίζονται από το ηλεκτρικό πεδίο, σχηματίζοντας ρεύμα. Το ρεύμα σχετίζεται εκθετικά με το εύρος του bandgap, αντιπροσωπεύοντας πάνω από το 80% σε συσκευές που βασίζονται σε πυρίτιο-.
Ρεύμα διάχυσης in vivo: Οι φορείς μειοψηφίας (όπως τα ηλεκτρόνια στην περιοχή τύπου P-) διαχέονται προς την περιοχή τύπου N- υπό την κίνηση της κλίσης συγκέντρωσης, σχηματίζοντας ένα ασθενές ρεύμα. Η τιμή του είναι συνήθως στην περιοχή nA, αλλά μπορεί να αυξηθεί σημαντικά σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας ή ισχυρής ακτινοβολίας.
2. Βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν: ολοκληρωμένες επιδράσεις υλικών, διαδικασιών και περιβάλλοντος
Ελαττώματα υλικού: εξαρθρώσεις δικτυωτού πλέγματος και ακαθαρσίες μετάλλων (όπως σίδηρος και χαλκός) μπορούν να εισαχθούν στο σύνθετο κέντρο, μειώνοντας τη διάρκεια ζωής των φορέων μειοψηφίας φορτίου. Πειράματα έδειξαν ότι όταν η συγκέντρωση της ρύπανσης από μέταλλο υπερβαίνει το 1 × 10 10 άτομα/cm², το ρεύμα διαρροής μπορεί να αυξηθεί κατά 2-3 τάξεις μεγέθους.
Διαδικασία κατασκευής: Το ανομοιόμορφο ντόπινγκ και η ανεπαρκής παθητικοποίηση της επιφάνειας μπορούν να αυξήσουν την αναλογία του ρεύματος διαρροής στην επιφάνεια στο 30% -50%. Για παράδειγμα, οι δίοδοι Schottky έχουν ρεύμα διαρροής 2-3 τάξεις μεγέθους υψηλότερο από τις παραδοσιακές συνδέσεις PN λόγω των χαρακτηριστικών επαφής μεταλλικών ημιαγωγών τους.
Επίδραση θερμοκρασίας: Για κάθε 10 μοίρες αύξηση της θερμοκρασίας, το ρεύμα διαρροής διπλασιάζεται. Σε σενάρια υψηλών-θερμοκρασιών όπως οι έρημοι, το ρεύμα διαρροής των παραδοσιακών διόδων με βάση το πυρίτιο-μπορεί να φτάσει το μ Α, ενώ οι συσκευές ημιαγωγών τρίτης- γενιάς (όπως το SiC) μπορούν να το μειώσουν κατά 2-4 τάξεις μεγέθους.
Αντίστροφη τάση: Όταν η τάση υπερβαίνει την κρίσιμη τιμή (όπως 1,2 φορές το VRWM), το ρεύμα διαρροής αυξάνεται εκθετικά, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει ζημιά λόγω βλάβης.
2, Στρατηγική βελτιστοποίησης για ρεύμα αντίστροφης διαρροής: πλήρης βελτίωση της αλυσίδας από τα υλικά στα συστήματα
1. Υλική Καινοτομία: Πρωτοποριακές Εφαρμογές Ημιαγωγών Τρίτης Γενιάς
Καρβίδιο του πυριτίου (SiC) και νιτρίδιο του γαλλίου (GaN): Τα χαρακτηριστικά τους με μεγάλο διάκενο ζώνης (3,2eV για SiC και 3,4eV για GaN) μειώνουν σημαντικά το ρεύμα θερμικής διέγερσης και παρουσιάζουν εξαιρετική αντίσταση σε υψηλές-θερμοκρασίες. Για παράδειγμα, Infineon CoolSiC ™ Το ρεύμα διαρροής των διόδων Schottky στις 150 μοίρες είναι μόνο το 1/1000 του ρεύματος των συσκευών που βασίζονται σε πυρίτιο-.
Δομή ετεροσύνδεσης: Με την ανάπτυξη υλικών όπως GaAs ή InGaP σε ένα υπόστρωμα πυριτίου, σχηματίζεται μια διεπαφή ετεροσύνδεσης για την καταστολή της διάχυσης του φορέα. Η φωτοβολταϊκή δίοδος HJT (ετεροσύνδεσης) που αναπτύχθηκε από την Panasonic Corporation στην Ιαπωνία μειώνει το ρεύμα διαρροής κάτω από 0,1nA/cm².
2. Βελτιστοποίηση διαδικασίας: Λεπτός έλεγχος από τη γκοφρέτα στη συσκευασία
Εξαιρετικά καθαρό περιβάλλον παραγωγής: Χρησιμοποιώντας καθαρά δωμάτια κατηγορίας 10 (με σωματίδια μεγαλύτερα ή ίσα με 0,5 μ m Λιγότερα ή ίσα με 10 ανά κυβικό πόδι αέρα), σε συνδυασμό με την τεχνολογία συσκευασίας κενού, η συγκέντρωση της μόλυνσης μετάλλων μπορεί να ελεγχθεί κάτω από 1 × 10 8 άτομα/cm².
Τεχνολογία επιφανειακής παθητικοποίησης: αναπτύξτε λεπτές μεμβράνες Al 2 O3 ή SiN ₓ μέσω εναπόθεσης ατομικού στρώματος (ALD), γεμίστε ελαττώματα επιφάνειας και μειώστε την επιφανειακή πυκνότητα των καταστάσεων. Πειραματικά δεδομένα δείχνουν ότι η παθητικοποίηση ALD μπορεί να μειώσει το ρεύμα διαρροής κατά 50% -70%.
Διαδικασία ντόπινγκ με λέιζερ: χρήση τοπικής θέρμανσης λέιζερ για την επίτευξη ακριβούς ντόπινγκ, αποφεύγοντας το πρόβλημα του ανομοιόμορφου ντόπινγκ στις παραδοσιακές διαδικασίες διάχυσης. Η τεχνολογία ντόπινγκ λέιζερ που αναπτύχθηκε από το Ινστιτούτο Fraunhofer ISE στη Γερμανία ελέγχει τη διακύμανση της συγκέντρωσης ντόπινγκ εντός ± 3%.
3. Στατική Σχεδιασμός: Συστηματική Καινοτομία από τις Συσκευές στις Ενότητες
Δομή σειράς πολλαπλών συνδέσμων: Με τη σύνδεση πολλαπλών συνδέσεων PN σε σειρά, αυξάνεται η τάση ανάστροφου μπλοκαρίσματος και μειώνεται η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου μιας μόνο διασταύρωσης. Για παράδειγμα, υπό αντίστροφη τάση 1000 V, το ρεύμα διαρροής μιας φωτοβολταϊκής διόδου τριών συνδέσεων είναι μόνο το 1/10 του ρεύματος μιας συσκευής απλής διασταύρωσης.
Ολοκληρωμένο κύκλωμα προστασίας: Η δίοδος MOSFET ή TVS (μεταβατική καταστολή τάσης) είναι ενσωματωμένη στη μονάδα διόδου για να σχηματίσει ένα δίκτυο αντίστροφης προστασίας. Το STPROTECT από τη σειρά STMicroelectronics™, μπορεί να περιορίσει το ρεύμα αντίστροφης διαρροής κάτω από 10nA.
Βελτιστοποίηση θερμικής διαχείρισης: Χρήση υλικών αλλαγής φάσης (PCM) ή τεχνολογίας ψύξης μικροκαναλιού για τον έλεγχο της θερμοκρασίας λειτουργίας κάτω από τους 85 βαθμούς. Πειράματα έδειξαν ότι μια μείωση της θερμοκρασίας κατά 20 βαθμούς μπορεί να μειώσει το ρεύμα διαρροής κατά 75%.
4. Δοκιμή και έλεγχος: πλήρης έλεγχος της διαδικασίας από την παραγωγή στην εφαρμογή
Εξοπλισμός δοκιμών υψηλής ακρίβειας: Χρησιμοποιήστε ηλεκτροστατικό μετρητή Keithley 6517B ή αναλυτή παραμέτρων ημιαγωγού Agilent B1500A για να εκτελέσετε δοκιμή ρεύματος διαρροής στην περιοχή από -55 μοίρες έως 175 μοίρες, με ακρίβεια 0,1 fA.
Δοκιμή επιταχυνόμενης γήρανσης: Επιλέξτε συσκευές με εξαιρετική σταθερότητα ρεύματος διαρροής μέσω δοκιμών υψηλής-θερμοκρασίας και υψηλής υγρασίας (85 βαθμοί /85% RH) ή αστάθειας θερμοκρασίας πόλωσης (BTI). Για παράδειγμα, το πρότυπο HALT (Δοκιμή υψηλής επιτάχυνσης ζωής) της T Ü V Rheinland απαιτεί ο ρυθμός μεταβολής του ρεύματος διαρροής της συσκευής μετά από 1000 ώρες γήρανσης να είναι μικρότερος ή ίσος με 10%.
Μοντέλο ελέγχου βάσει δεδομένων: Με βάση αλγόριθμους μηχανικής μάθησης, δημιουργήστε ένα μοντέλο συσχέτισης μεταξύ του ρεύματος διαρροής, των παραμέτρων διεργασίας και των περιβαλλοντικών συνθηκών για να επιτύχετε ακριβή έλεγχο. Το σύστημα ελέγχου τεχνητής νοημοσύνης που αναπτύχθηκε από την ομάδα ψηφιακής ενέργειας της Huawei μείωσε το ποσοστό ελαττωμάτων κάτω από 0,01%.