Förstå fosfor, bor och andra halvledarmaterial

Introduktion av fosfor

Processen med "doping" introducerar en atom av ett annat element i kiselkristallen för att förändra dess elektriska egenskaper. Dopningsmedlet har antingen tre eller fem valenselektroner, i motsats till kisels fyra. Fosforatomer, som har fem valenselektroner, används för doping av kisel av n-typ (fosfor ger dess femte, fria elektron).

En fosforatom upptar samma plats i kristallgitteret som tidigare ockuperades av kiselatomen den ersatte. Fyra av dess valenselektroner tar över bindningsansvaret för de fyra kiselvalenselektronerna som de ersatte. Men den femte valenselektronen förblir fri utan bindningsansvar. När många fosforatomer ersätter kisel i en kristall blir många fria elektroner tillgängliga. Att ersätta en fosforatom (med fem valenselektroner) för en kiselatom i en kiselkristall lämnar en extra obunden elektron som är relativt fri att röra sig runt kristallen.

Den vanligaste metoden för doping är att belägga toppen av ett lager kisel med fosfor och sedan värma upp ytan. Detta tillåter fosforatomer att diffundera in i kisel. Temperaturen sänks sedan så att diffusionshastigheten sjunker till noll. Andra metoder för att införa fosfor i kisel inkluderar gasdiffusion, en spray-on-process för flytande dopmedel och en teknik där fosforjoner drivs exakt in i silikonytan.

Vi presenterar Boron 

Naturligtvis kan kisel av n-typ inte bilda det elektriska fältet av sig själv; Det är också nödvändigt att ändra lite kisel för att ha motsatta elektriska egenskaper. Så det är bor, som har tre valenselektroner, som används för doping av kisel av p-typ. Bor introduceras under kiselbearbetning, där kisel renas för användning i PV-enheter. När en boratom tar en position i kristallgitteret som tidigare var upptagen av en kiselatom, finns det en bindning som saknar en elektron (med andra ord ett extra hål). Att ersätta en boratom (med tre valenselektroner) för en kiselatom i en kiselkristall lämnar ett hål (en bindning som saknar en elektron) som är relativt fri att röra sig runt kristallen.

Andra halvledarmaterial.

Liksom kisel måste alla PV-material göras till p-typ- och n-typskonfigurationer för att skapa det nödvändiga elektriska fältet som kännetecknar en PV-cell. Men detta görs ett antal olika sätt beroende på materialets egenskaper. Exempelvis gör amorf kisels unika struktur ett inre lager eller "i-lager" nödvändigt. Detta odopade skikt av amorft kisel passar mellan skikt av n-typ och p-typ för att bilda vad som kallas en "p-i-n" design.

Polykristallina tunna filmer som kopparindiumdiselenid (CuInSe2) och kadmiumtellurid (CdTe) visar stora löften för PV-celler. Men dessa material kan inte bara dopas för att bilda n- och p-lager. Istället används lager av olika material för att bilda dessa lager. Till exempel används ett "fönsterskikt" av kadmiumsulfid eller annat liknande material för att tillhandahålla de extra elektroner som är nödvändiga för att göra det till n-typ. CuInSe2 kan själv tillverkas av p-typ, medan CdTe drar nytta av ett p-typskikt tillverkat av ett material som zink-tellurid (ZnTe).

Galliumarsenid (GaAs) modifieras på liknande sätt, vanligtvis med indium, fosfor eller aluminium, för att producera ett brett sortiment av n- och p-material.