Verständnis von Phosphor, Bor und anderen Halbleitermaterialien

Phosphor einführen

Der Vorgang des "Dotierens" führt ein Atom eines anderen Elements in den Siliziumkristall ein, um dessen elektrische Eigenschaften zu ändern. Der Dotierstoff hat entweder drei oder fünf Valenzelektronen im Gegensatz zu den vier Siliziumelektronen. Phosphoratome mit fünf Valenzelektronen werden zur Dotierung von n-Silicium verwendet (Phosphor liefert sein fünftes freies Elektron)..

Ein Phosphoratom nimmt im Kristallgitter den gleichen Platz ein, den früher das ersetzte Siliciumatom einnahm. Vier seiner Valenzelektronen übernehmen die Bindungsverantwortung der vier von ihnen ersetzten Siliziumvalenzelektronen. Das fünfte Valenzelektron bleibt jedoch frei, ohne Bindungsverantwortung. Wenn Silizium in einem Kristall durch zahlreiche Phosphoratome ersetzt wird, stehen viele freie Elektronen zur Verfügung. Wenn ein Siliciumatom in einem Siliciumkristall durch ein Phosphoratom (mit fünf Valenzelektronen) ersetzt wird, bleibt ein zusätzliches, ungebundenes Elektron übrig, das sich relativ frei um den Kristall bewegen kann.

Die gebräuchlichste Dotierungsmethode besteht darin, die Oberseite einer Siliziumschicht mit Phosphor zu beschichten und dann die Oberfläche zu erwärmen. Dadurch können die Phosphoratome in das Silizium diffundieren. Die Temperatur wird dann abgesenkt, so dass die Diffusionsrate auf Null fällt. Andere Verfahren zum Einbringen von Phosphor in Silizium umfassen eine Gasdiffusion, einen Flüssigdotierungs-Aufsprühprozess und eine Technik, bei der Phosphorionen genau in die Oberfläche des Siliziums getrieben werden.

Wir stellen Bor vor 

Natürlich kann Silizium vom n-Typ das elektrische Feld nicht selbst bilden; Es ist auch notwendig, etwas Silizium zu modifizieren, um die entgegengesetzten elektrischen Eigenschaften zu haben. Es ist also Bor mit drei Valenzelektronen, das zum Dotieren von p-Typ-Silizium verwendet wird. Bor wird während der Siliziumverarbeitung eingeführt, wo Silizium zur Verwendung in PV-Geräten gereinigt wird. Wenn ein Boratom eine Position im Kristallgitter einnimmt, das früher von einem Siliziumatom besetzt war, fehlt einer Bindung ein Elektron (mit anderen Worten ein zusätzliches Loch). Wenn ein Siliciumatom in einem Siliciumkristall durch ein Boratom (mit drei Valenzelektronen) ersetzt wird, verbleibt ein Loch (eine Bindung, bei der ein Elektron fehlt), das sich relativ frei um den Kristall bewegen kann.

Andere Halbleitermaterialien.

Wie bei Silizium müssen alle PV-Materialien in p- und n-Konfiguration hergestellt werden, um das notwendige elektrische Feld zu erzeugen, das eine PV-Zelle kennzeichnet. Dies geschieht jedoch auf verschiedene Weise, abhängig von den Materialeigenschaften. Zum Beispiel macht die einzigartige Struktur von amorphem Silizium eine intrinsische Schicht oder "i-Schicht" notwendig. Diese undotierte Schicht aus amorphem Silizium passt zwischen die n-Typ- und die p-Typ-Schicht, um ein sogenanntes "p-i-n" -Design zu bilden.

Polykristalline Dünnschichten wie Kupfer-Indium-Diselenid (CuInSe2) und Cadmium-Tellurid (CdTe) sind für PV-Zellen vielversprechend. Diese Materialien können jedoch nicht einfach dotiert werden, um n- und p-Schichten zu bilden. Stattdessen werden Schichten aus unterschiedlichen Materialien verwendet, um diese Schichten zu bilden. Zum Beispiel wird eine "Fenster" -Schicht aus Cadmiumsulfid oder einem anderen ähnlichen Material verwendet, um die zusätzlichen Elektronen bereitzustellen, die erforderlich sind, um es zum n-Typ zu machen. CuInSe2 kann selbst vom p-Typ hergestellt werden, wohingegen CdTe von einer p-Typ-Schicht aus einem Material wie Zinktellurid (ZnTe) profitiert..

Galliumarsenid (GaAs) wird in ähnlicher Weise modifiziert, üblicherweise mit Indium, Phosphor oder Aluminium, um eine breite Palette von Materialien vom n- und p-Typ herzustellen.