1. Formación de la unión pn:
El silicio es un material semiconductor con cuatro electrones de valencia. Cuando un elemento con cinco electrones de valencia se dopa con silicio como impureza, se forma un semiconductor de tipo N. La impureza dopada tiene un electrón de valencia más que el silicio, y este electrón puede desempeñar un papel en la transmisión de corriente en el silicio. Esta impureza se denomina impureza donante y, debido a la gran cantidad de electrones, se denomina portador mayoritario. Como el fósforo o el arsénico. Cuando un elemento con tres electrones de valencia se dopa con silicio como impureza, se forma un semiconductor de tipo P, que se denomina impureza aceptora. Por ejemplo, cuando el galio reemplaza a los átomos de silicio o germanio en una estructura cristalina, a un enlace le falta un electrón. Esta ubicación que carece de electrones se llama agujero. Los electrones vecinos llenarán este agujero y dejarán un nuevo agujero en otra parte, los electrones vecinos llenarán el nuevo agujero, y así sucesivamente. De esta forma, el movimiento de los electrones equivale al libre movimiento de los huecos. El conjunto permanece eléctricamente neutro.
2 La unión PN emite luz para producir efecto fotovoltaico
La luz está compuesta por fotones de diferentes energías. Cuando la luz incide sobre la superficie de la unión PN, los fotones con longitud de onda corta y alta energía generan pares electrón-hueco en la unión de la unión pn, y los fotones con longitud de onda larga y baja energía generan pares electrón-hueco en la región P. Si los pares electrón-hueco generados tienen una vida útil lo suficientemente larga, se difundirán cerca de la región de carga espacial y serán separados por la pala eléctrica incorporada. Debido al principio de atracción opuesta en la electricidad, los portadores minoritarios fotogenerados (los electrones en la región P ingresan a la región N, y los portadores minoritarios fotogenerados en desequilibrio) los huecos en la región N ingresan a la región P. Si los electrodos delantero y trasero de la célula solar están en circuito abierto, los electrones fotogenerados y los huecos fotogenerados separados por el campo eléctrico incorporado se acumulan en ambos lados de la región de carga espacial, formando un campo fotoeléctrico. Este campo eléctrico es opuesto al campo eléctrico incorporado original de la unión pn. El campo eléctrico fotogenerado rompe el equilibrio de la unión P-N y genera fotovoltaje, que es el efecto fotovoltaico de la conversión fotoeléctrica.
3. Aplicación de la unión pn en células solares
Las células solares con estructura P/N de material semiconductor tienen el lado tipo P como electrodo positivo y el lado tipo N como electrodo negativo. electrodo. Cuando la luz solar irradia la unión P/N, los electrones en la región tipo P absorben energía fotónica y cruzan el potencial de contacto para llegar a la región tipo N, formando un fotopotencial. Cuando la carga está conectada a los electrodos positivo y negativo, los electrones fluirán a la región tipo P a través de la carga y emitirán energía eléctrica a la carga. Mientras haya luz, las células solares pueden producir electricidad.
Hay muchos tipos de materiales semiconductores y también hay muchos tipos de células solares con estructura P/N. Actualmente, las células solares basadas en silicio monocristalino son muy utilizadas. Bajo una cierta intensidad de luz, el voltaje del circuito abierto es de 0,5 a 0,6 voltios. Su eficiencia de conversión fotoeléctrica ha aumentado de menos de 10 al principio (1954) a 15 en la década de 1970, y ahora ha llegado a 20. La forma de mejorar la eficiencia es mejorar la absorción de la luz solar y mejorar el proceso de preparación de la unión P/N. Las células solares se pueden combinar en serie y en paralelo como otras químicas de baterías para aplicaciones de alta potencia.
Esto es parte de mi tesis, espero que te sea de ayuda.