Desarrollo y optimización de técnicas basadas en la fotoconductividad para la caracterización de semiconductores con aplicaciones fotovoltaicas

Abstract

Different steady-state characterization techniques based on photoconductivity-related measurements are investigated. A detailed explanation is presented on how to implement the steady-state photoconductivity under a uniform generation rate (SSPC) and the photoconductivity modulated in time (MPC). The techniques of the steady-state photocarrier grating (SSPG), the moving photocarrier grating (MGT), the modulated photocarrier grating (MPG), the vibrating photocarrier grating (VPG) and the oscillating photocarrier grating (OPG), are also analyzed. Measuring an alternating current instead of a direct current allows the use of a lock-in amplifier to filter the electronic noise and thus increase the signal-to-noise ratio. Previous works have used the alternating current induced by the OPG technique to obtain the small direct current produced by MGT. In this work it is shown by means of a numerical simulation that, for both techniques to be equivalent, the amplitude of oscillation used in the previous works must be at least quadruplicated. In addition, a new simple way to produce an alternating current that is proportional to the direct current induced by MGT is presented. Two new pairs of formulas are obtained that allow determining the density of states in the (exponential) band tails of an amorphous semiconductor, from measurement of the currents induced with the SSPC, SSPG and MGT techniques for different temperatures and uniform light intensities. Then, it is shown that it is possible to estimate all microscopic transport parameters from a simultaneous adjustment of the measurements made with SSPC and SSPG for different temperatures and light intensities.

Se investigan distintas técnicas de caracterización basadas en mediciones de estado estacionario relacionadas con la fotoconductividad. Se presenta una explicación detallada sobre la forma de implementar la fotoconductividad de estado estacionario bajo una tasa de generación uniforme (SSPC) y bajo una tasa de generación uniforme modulada en el tiempo (MPC). También se detallan las técnicas del patrón de interferencia estacionario (SSPG), el patrón de interferencia móvil (MGT), el patrón de interferencia modulado en el tiempo (MPG), el patrón de interferencia vibrante (VPG) y el patrón de interferencia oscilante (OPG). La medición de una corriente alterna en lugar de una corriente continua, permite la utilización de un amplificador lock-in para filtrar el ruido electrónico y así aumentar la relación señal/ruido. Trabajos previos han utilizado la corriente alterna inducida por la técnica OPG para obtener la pequeña corriente continua inducida con MGT. Aquí se muestra mediante una simulación numérica que, para que ambas técnicas resulten equivalentes, se debe al menos cuadruplicar la amplitud de oscilación utilizada en los trabajos previos. Además, se presenta una nueva forma simple de producir una corriente alterna que resulte proporcional a la corriente continua inducida por MGT. Se obtienen dos nuevos pares de fórmulas que permiten determinar la densidad de estados en las colas de banda (exponenciales) de un semiconductor amorfo, a partir de las técnicas SSPC, SSPG y MGT. Luego, se muestra que resulta posible estimar todos parámetros microscópicos de transporte a partir de un ajuste simultáneo de las mediciones efectuadas sólo con SSPC y SSPG.