Il principio fotovoltaico a giunzione PN
Il nucleo di una cella solare è una giunzione pn, un'interfaccia tra materiali semiconduttori di tipo p e di tipo n. Questa giunzione crea un campo elettrico interno in una regione di svuotamento. Quando i fotoni con energia sufficiente colpiscono il semiconduttore, creano coppie elettrone-lacuna. Il campo elettrico separa questi portatori di carica, spingendo gli elettroni verso il lato n e le lacune verso il lato p, generando una tensione.
La giunzione pn è l'elemento fondamentale della maggior parte delle celle solari. Si forma unendo un semiconduttore di tipo p, che presenta un eccesso di lacune (portatori di carica positiva), con un semiconduttore di tipo n, che presenta un eccesso di elettroni (portatori di carica negativa). Questo si ottiene tipicamente drogando un singolo cristallo di semiconduttore, come il silicio, con diverse impurità su ciascun lato.
All'interfaccia, gli elettroni dal lato n diffondono verso il lato p, e le lacune dal lato p diffondono verso il lato n. Questo processo di diffusione non continua indefinitamente. Quando elettroni e lacune attraversano la giunzione, si ricombinano, lasciando atomi donatori ionizzati sul lato n e atomi accettori ionizzati sul lato p. Questo crea una regione impoverita di portatori di carica liberi, nota come regione di svuotamento o regione di carica spaziale. Gli atomi fissi e ionizzati in questa regione stabiliscono un forte campo elettrico statico diretto dal lato n al lato p.
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
- Fisica
Interruzione
Rivoluzionario
Precursori
- scoperta dell'effetto fotoelettrico da parte di Heinrich Hertz (1887)
- La spiegazione dell'effetto fotoelettrico di Einstein (1905)
- sviluppo della fisica dei semiconduttori e delle tecniche di drogaggio
- scoperta della rettificazione in un contatto metallo-semiconduttore (1874)
Applicazioni
- pannelli solari fotovoltaici
- fotodiodi
- diodi a emissione luminosa (LED)
- transistor a semiconduttore
Idee e potenziali innovazioni
A causa dell'eliminazione del traffico generato dai bot, che attualmente supera i 40.000 al giorno, questo contenuto è riservato ai membri della community.
> Accedi O > Registrati L'accesso a questo contenuto, così come a tutti gli altri contenuti e strumenti riservati, è (100% gratuito).
Argomenti correlati: giunzione pn, effetto fotovoltaico, semiconduttore, regione di svuotamento, coppia elettrone-lacuna, separazione di carica, campo intrinseco, cella solare.