オージェ再結合

オージェ再結合は三粒子の非放射過程であり、電子–正孔対の再結合によって放出されたエネルギーが 光やフォノンとして放出されず、 代わりに第三のキャリア（別の電子または正孔）へ移されます。 この追加キャリアはそのバンド内のより高いエネルギー状態へ励起され、その後 熱としてエネルギーを散逸しながら緩和します。したがって、オージェ再結合は寄生的な 損失機構を表し、特に高キャリア密度で重要になります。

オージェ再結合速度は次式で表されます

\[R^{AU} = \big(C^{AU}_{n} n + C^{AU}_{p} p\big)\,(np - n_{0}p_{0}) \]

ここで \(n\) および \(p\) は電子密度と正孔密度、\(n_{0}\) および \(p_{0}\) は それらの平衡値、\(C^{AU}_{n}\) および \(C^{AU}_{p}\) は電子補助および正孔補助の オージェ係数で、単位は m⁶s⁻¹ です。 これらの係数は、電子–正孔対の再結合エネルギーが 自由電子（\(C^{AU}_{n}\)）または自由正孔（\(C^{AU}_{p}\)）へ移される確率を決定します。

オージェ再結合の主要な特徴は、その強いキャリア密度依存性です： 再結合速度は（\(np\) 項を通じて）キャリア密度の二乗に比例し、さらに 前因子に含まれる \(n\) または \(p\) によって重み付けされます。 このため、オージェ再結合は低注入では無視できる一方で、 高レベル注入下または高濃度ドープ半導体では支配的になります。

実際には、オージェ再結合は III–V 族半導体（例：GaAs、InGaN）、 強照明下のシリコン太陽電池、 高輝度 LED、および 半導体レーザー における重要な損失経路です。 これらでは非常に高いキャリア密度が日常的に存在します。 また、一部の 無機ペロブスカイト においても、 集光太陽光下またはパルスレーザー励起下での制限要因として特定されています。 これに対して、有機半導体 および典型的な 薄膜デバイス では、 1 sun 条件の太陽電池動作時にキャリア密度が低すぎるため、オージェ再結合が 有意な役割を果たすことはなく、代わりにトラップ補助または二分子経路が支配的です。

OghmaNano では、\(C^{AU}_{n}\) および \(C^{AU}_{p}\) の値を Electrical parameter editor で直接設定できます。 これにより、高キャリア密度が効率および性能損失に影響すると予想される デバイスをモデル化する際に、オージェ再結合を含めることができます。