Înțelegerea fosforului, a borului și a altor materiale semiconductoare

Introducerea fosforului

Procesul de „dopare” introduce un atom al altui element în cristalul de siliciu pentru a-și modifica proprietățile electrice. Dopantul are trei sau cinci electroni de valență, spre deosebire de patru de siliciu. Atomii de fosfor, care au cinci electroni de valență, sunt folosiți pentru a dopa siliconul de tip n (fosforul furnizează al cincilea, liber, electron).

Un atom de fosfor ocupă același loc în rețeaua de cristal care a fost ocupată anterior de atomul de siliciu pe care l-a înlocuit. Patru dintre electronii săi de valență preiau responsabilitățile de legare ale celor patru electroni de valență de siliciu pe care i-au înlocuit. Dar al cincilea electron de valență rămâne liber, fără responsabilități de legare. Atunci când numeroși atomi de fosfor sunt înlocuiți de siliciu într-un cristal, mulți electroni liberi devin disponibili. Substituirea unui atom de fosfor (cu cinci electroni de valență) pentru un atom de siliciu într-un cristal de siliciu lasă un electron suplimentar, necondus, care este relativ liber să se miște în jurul cristalului.

Cea mai obișnuită metodă de dopare este acoperirea vârfului unui strat de siliciu cu fosfor și apoi încălzirea suprafeței. Acest lucru permite ca atomii de fosfor să se difuzeze în siliciu. Temperatura este apoi scăzută, astfel încât rata de difuzie scade la zero. Alte metode de introducere a fosforului în siliciu includ difuzarea gazoasă, un proces de pulverizare a dopantului lichid și o tehnică în care ionii de fosfor sunt conduși cu precizie pe suprafața siliciuului.

Prezentarea borului 

Desigur, siliconul de tip n nu poate forma câmpul electric singur; este de asemenea necesar să se modifice unele siliciu pentru a avea proprietățile electrice opuse. Deci, este bor, care are trei electroni de valență, care este utilizat pentru doparea siliciu de tip p. Borul este introdus în timpul procesării siliciului, unde siliciu este purificat pentru utilizare în dispozitive fotovoltaice. Când un atom de bor își asumă o poziție în rețeaua de cristal ocupată anterior de un atom de siliciu, lipsește o legătură lipită de un electron (cu alte cuvinte, o gaură suplimentară). Substituirea unui atom de bor (cu trei electroni de valență) pentru un atom de siliciu într-un cristal de siliciu lasă o gaură (o legătură care lipsește unui electron) care este relativ liber să se miște în jurul cristalului.

Alte materiale semiconductoare.

Ca și siliciu, toate materialele fotovoltaice trebuie realizate în configurații de tip p și n pentru a crea câmpul electric necesar care caracterizează o celulă fotovoltaică. Dar acest lucru este realizat de o serie de moduri diferite, în funcție de caracteristicile materialului. De exemplu, structura unică a siliciu amorf face necesar un strat intrinsec sau „i strat”. Acest strat nededicat de siliciu amorf se potrivește între straturile de tip n și p pentru a forma ceea ce se numește un design „p-i-n”.

Filmele subțiri policristaline precum diselenida de indiu de cupru (CuInSe2) și telurura de cadmiu (CdTe) arată o mare promisiune pentru celulele PV. Dar aceste materiale nu pot fi pur și simplu dopate pentru a forma n și p straturi. În schimb, straturi din diferite materiale sunt utilizate pentru a forma aceste straturi. De exemplu, un strat "fereastră" de sulfură de cadmiu sau un alt material similar este utilizat pentru a furniza electronii suplimentari necesari pentru a-l face de tip n. CuInSe2 poate fi el însuși tip p, în timp ce CdTe beneficiază de un strat de tip p realizat dintr-un material precum telurura de zinc (ZnTe).

Arsenida de galiu (GaAs) este modificată în mod similar, de obicei cu indiu, fosfor sau aluminiu, pentru a produce o gamă largă de materiale de tip n și p.