Forstå fosfor, bor og andre halvledermaterialer

Vi introduserer fosfor

Prosessen med 'doping' introduserer et atom av et annet element i silisiumkrystallen for å endre dens elektriske egenskaper. Dopemidlet har enten tre eller fem valenselektroner, i motsetning til silisiums fire. Fosforatomer, som har fem valenselektroner, brukes til doping av n-type silisium (fosfor gir sitt femte, frie, elektron).

ENfosforatomet opptar samme plass i krystallgitteret som tidligere var okkupert av silisiumatomet det erstattet. Fire av dets valenselektroner overtar bindingsansvaret til de fire silisiumvalenselektronene som de erstattet. Men det femte valenselektronet forblir fritt, uten bindingsansvar. Når tallrike fosforatomer erstattes med silisium i en krystall, blir mange frie elektroner tilgjengelige. Å erstatte et fosforatom (med fem valenselektroner) med et silisiumatom i en silisiumkrystall etterlater et ekstra, ubundet elektron som er relativt fritt til å bevege seg rundt krystallen.

Den vanligste metoden for doping er å belegge toppen av et lag silisium med fosfor og deretter varme opp overflaten. Dette gjør at fosforatomene kan diffundere inn i silisiumet. Temperaturen senkes så slik at diffusjonshastigheten synker til null. Andre metoder for å introdusere fosfor i silisium inkluderer gassformig diffusjon, en spray-på-prosess for flytende doping og en teknikk der fosforioner drives nøyaktig inn i overflaten av silisiumet.

Vi introduserer Bor

Selvfølgelig kan n-type silisium ikke danne elektrisk felt av seg selv; det er også nødvendig å ha noe silisium endret for å ha motsatte elektriske egenskaper. Så det er bor, som har tre valenselektroner, som brukes til doping av p-type silisium. Bor introduseres under silisiumbehandling, hvor silisium renses for bruk i PV-enheter. Når et boratom inntar en posisjon i krystallgitteret som tidligere var okkupert av et silisiumatom, mangler det en binding som mangler et elektron (med andre ord et ekstra hull). Å erstatte et boratom (med tre valenselektroner) med et silisiumatom i en silisiumkrystall etterlater et hull (en binding som mangler et elektron) som er relativt fritt til å bevege seg rundt krystallen.

Annen halvledermaterialer .

I likhet med silisium må alle PV-materialer gjøres til p-type og n-type konfigurasjoner for å skape det nødvendige elektriske feltet som karakteriserer en PV-celle . Men dette gjøres på en rekke forskjellige måter avhengig av materialets egenskaper. For eksempel gjør den unike strukturen til amorft silisium et iboende lag eller i-lag nødvendig. Dette udopede laget av amorft silisium passer mellom n-type og p-type lag for å danne det som kalles en 'p-i-n' design.

Polykrystallinske tynne filmer som kobberindiumdiselenid (CuInSe2) og kadmiumtellurid (CdTe) viser stort løfte for PV-celler. Men disse materialene kan ikke bare dopes for å danne n- og p-lag. I stedet brukes lag av forskjellige materialer for å danne disse lagene. For eksempel brukes et 'vindu' lag av kadmiumsulfid eller et annet lignende materiale for å gi de ekstra elektronene som er nødvendige for å gjøre det n-type. CuInSe2 kan i seg selv lages p-type, mens CdTe drar nytte av et p-type lag laget av et materiale som sinktellurid (ZnTe).

Galliumarsenid (GaAs) er tilsvarende modifisert, vanligvis med indium, fosfor eller aluminium, for å produsere et bredt spekter av n- og p-type materialer.