Rev. Phys. Appl. (Paris) 15, 595-602 (1980)
DOI: 10.1051/rphysap:01980001503059500

Longueur de diffusion des porteurs minoritaires et structure de jonction des diodes Cu/Cu2O

C. Noguet, D. Pierrat, M. Tapiero et J.P. Zielinger

Laboratoire de Spectroscopie et d'Optique du Corps Solide Université Louis-Pasteur, 5, rue de l'Université, 67000 Strasbourg, France

Abstract
The diffusion length Ln of minority carriers (electrons) in Cu2O single crystals, obtained mainly by pulling, has been measured by the surface photovoltage, the photovoltaic spectrum and the electron beam induced current (EBIC) methods. In the two last cases, Cu/Cu2O junctions have been used. The values for Ln, obtained by the three methods, are of the same order of magnitude, they differ from sample to sample but lie always below 8 μm. Preliminary experiments could not reveal any significant correlation between the diffusion length and the resistivity of the material. Measurements by means of the electronic beam reveal a short range variation in space of Ln and a large inhomogeneity of the collection. The topography of the current induced in the diodes by the electron beam shows a semi-passive zone which may extend from the metal to a depth of a few μm ; this phenomenon is interpreted as resulting from a strong reduction of the minority carrier lifetime near the surface. This assumption agrees, in a semi-quantitative manner, with the order of magnitude of the observed photovoltaic short circuit current and with the shift from cell to cell of the peak in the photovoltaic spectral response. From these results it can be concluded that in the case of Cu 2O, frontwall Schottky barrier type cells are not suitable for an efficient photovoltaic solar energy conversion.

Résumé
La longueur de diffusion Ln des porteurs minoritaires dans des monocristaux de Cu2O obtenus principalement par tirage a été mesurée par les méthodes du photovoltage de surface, du spectre photovoltaïque et du courant induit par balayage électronique. Dans les deux derniers cas des jonctions Cu/Cu 2O ont été utilisées. Les valeurs obtenues par les trois méthodes sont du même ordre de grandeur, elles varient d'un échantillon à l'autre mais ne dépassent pas 8 μm. Des expériences encore fragmentaires n'ont pu mettre en évidence une relation significative entre longueur de diffusion et résistivité du matériau. Les mesures au microscope électronique révèlent une variation spatiale à courte portée de L n et une grande inhomogénéité de la collection. La topographie du courant induit montre dans les diodes une zone semi-passive qui peut s'étendre sur une profondeur de quelques μm à partir du métal et qui est interprétée par une forte diminution de la durée de vie des porteurs créés au voisinage de la surface. Cette hypothèse est en accord semi-quantitatif avec l'ordre de grandeur des courants observés et avec les modifications de la réponse spectrale d'une cellule à l'autre. La discussion de ces résultats indique qu'avec Cu2O les structures de type Schottky frontales sont inaptes à assurer une conversion photovoltaïque satisfaisante du rayonnement solaire.

PACS
7220J - Charge carriers: generation, recombination, lifetime, and trapping semiconductors/insulators.
7240 - Photoconduction and photovoltaic effects: photodielectric effects.
7330 - Surface double layers, Schottky barriers, and work functions.
7340N - Electrical properties of metal nonmetal contacts.
2560H - Junction and barrier diodes.

Key words
carrier lifetime -- copper -- copper compounds -- photovoltaic effects -- Schottky barrier diodes -- Cu Cu sub 2 O diode junctions -- diffusion length -- minority carriers -- electrons -- Cu sub 2 O single crystals -- pulling -- surface photovoltage -- photovoltaic spectrum -- electron beam induced current -- minority carrier lifetime -- frontwall Schottky barrier type cells -- photovoltaic solar energy conversion -- semiconductor materials