Verwirrt über Ladungstrennung in Solarzellen

Ich bin etwas verwirrt darüber, wie Solarzellen funktionieren.

Mein Verständnis ist, dass es einen pn-Übergang gibt. Ein Photon wird absorbiert, wodurch ein Elektron-Loch-Paar entsteht, und die Idee ist, das Elektron und das Loch zu trennen, bevor sie sich rekombinieren, um Strom zu erzeugen.

Materialien vom n-Typ sind mit zusätzlichen Elektronen dotiert und Materialien vom p-Typ sind mit Löchern dotiert. Warum also werden in allen Diagrammen, die ich sehe, Elektronen durch das Material vom n-Typ und Löcher durch das Material vom p-Typ geleitet, wenn eine Ladungstrennung auftritt? Sollte es nicht umgekehrt sein?

Antworten (1)

Es ist nicht ganz richtig zu sagen, dass n-Materialien mit "zusätzlichen" Elektronen dotiert sind. Natürlich ist n-Typ-Material ladungsneutral. Es ist richtiger zu sagen, dass n-Typ-Material mit Atomen dotiert ist, die ein Elektron an das Leitungsband "spenden"; n-Typ-Material hat überschüssige bewegliche Elektronen gegenüber intrinsischem Material. Daher ist Material vom n-Typ natürlich ein guter Leiter, da es viele bewegliche Elektronen gibt, die an einem Elektronenstrom teilnehmen können.

p-Material ist mit Atomen dotiert, die ein Elektron aus dem Leitungsband "akzeptieren", sodass ein Mangel an beweglichen Elektronen besteht und Sie daher nicht erwarten würden, dass viel beweglicher Elektronenstrom vorhanden ist. Es gibt jedoch viele "Löcher", die an einer "Loch"-Strömung teilnehmen können.

Nun zu deiner Frage. Wenn in beiden Materialtypen ein EHP erzeugt wird, bleibt das Material ladungsneutral. Wird das EHP jedoch durch das intrinsische E-Feld des PN-Übergangs getrennt, besteht keine Ladungsneutralität mehr. Wenn ein EHP erzeugt wird, ist es der Minoritätsträger , der über den Übergang hinweggefegt wird, um auf der "anderen Seite" zu einem Majoritätsträger zu werden . Da keine Ladungsneutralität mehr besteht, fließt Ladung in einen externen Stromkreis, um sie wiederherzustellen.

Ich habe ein bisschen gelesen und verstehe, dass es zwei konkurrierende Kräfte gibt, um Elektronen und Löcher über einen pn-Übergang zu treiben, Diffusion und Drift. Durch Diffusion wandern Elektronen vom n- zum p-Material und hinterlassen positive Ionen. Es tritt ein Verarmungsbereich auf, und über diesem Bereich gibt es aufgrund der Elektronen im p-Typ und positiver Ionen im n-Typ ein elektrisches Feld. Dieses elektrische Feld gleicht die Diffusion aus, sodass kein Nettostrom vorhanden ist. Wie ist es dann, wenn ein Elektron-Loch-Paar erzeugt wird, erzeugt es Strom?
Das elektrische Feld im Verarmungsbereich "fegt" bewegliche Ladungsträger heraus, so dass kein Strom durch diesen an beweglichen Ladungsträgern "verarmten" Bereich fließt. Wenn EHPs in oder um die Verarmungsregion entstehen, existieren jetzt mobile Ladungsträger, wo vorher keine waren . Wir sagen, Träger werden in die Verarmungsregion "injiziert", wo sie nun an einem elektrischen Strom teilnehmen können.
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