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Le principe photovoltaïque à jonction PN

1940
  • Russell Ohl
Jonction P-N dans une cellule solaire démontrant la physique des semi-conducteurs.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Innovation.monde

La jonction p-n est l'élément fondamental de la plupart des cellules solaires. Elle est formée en associant un semi-conducteur de type p, riche en trous (porteurs de charge positifs), à un semi-conducteur de type n, riche en électrons (porteurs de charge négatifs). Ce procédé est généralement obtenu en dopant un cristal semi-conducteur unique, comme le silicium, avec différentes impuretés de chaque côté.

At the interface, electrons from the n-side diffuse into the p-side, and holes from the p-side diffuse into the n-side. This diffusion process doesn’t continue indefinitely. As electrons and holes cross the junction, they recombine, leaving behind ionized donor atoms on the n-side and ionized acceptor atoms on the p-side. This creates a region depleted of free charge carriers, known as the depletion region or space charge region. The fixed, ionized atoms in this region establish a strong, static electric field pointing from the n-side to the p-side.

This built-in electric field is crucial for the photovoltaic effect. When a photon with energy greater than the semiconductor’s bandgap energy ([latex]E_g[/latex]) is absorbed, it excites an electron from the valence band to the conduction band, creating an electron-hole pair. If this pair is generated within the depletion region or close enough to diffuse into it, the electric field acts on them. The field sweeps the electron towards the n-side and the hole towards the p-side. This separation of charge prevents immediate recombination and creates an accumulation of positive charge on the p-side and negative charge on the n-side. This charge separation across the device results in a photovoltage, which can drive a current through an external circuit, thus converting light energy into electrical energy.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Physique

Taper

Dispositif physique

Perturbation

Révolutionnaire

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • découverte de l'effet photoélectrique par Heinrich Hertz (1887)
  • einstein’s explanation of the photoelectric effect (1905)
  • développement de la physique des semi-conducteurs et des techniques de dopage
  • découverte de la rectification au contact métal-semiconducteur (1874)

Applications

  • panneaux solaires photovoltaïques
  • photodiodes
  • diodes électroluminescentes (DEL)
  • transistors à semi-conducteurs

Brevets:

  • US2402662A

Idées d'innovations potentielles

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Related to: p-n junction, photovoltaic effect, semiconductor, depletion region, electron-hole pair, charge separation, built-in field, solar cell.

Contexte historique

Le principe photovoltaïque à jonction PN

1932
1933
1937
1940
1947
1950
1950
1931
1932
1936-01-01
1938
1940
1950
1950
1950

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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