Conceptos bsicos Efecto fotovoltaico conversin de luz en
Conceptos básicos Efecto fotovoltaico: conversión de luz en electricidad. n Materia: constituida por átomos n Núcleo: carga eléctrica positiva y neutrones. n Electrones: carga eléctrica negativa. Los electrones de la última capa son electrones de valencia que al unirse con otro forman redes cristalinas. n
Átomo de Bohr (Rutherford)
Orbitales
Orbitales
Números Cuánticos
Tipos de materiales Conductores: electrones de valencia poco ligados al núcleo. n Semiconductores: electrones de valencia más ligados al núcleo. n Aislantes: configuración muy estable. n Los materiales usados en las celdas solares son los semiconductores.
Clasificación de los sólidos basado en grado de orden atómico Columna IV II III V VI
Metaloides (semiconductores)
Materiales Semiconductores Clasificación General Ejemplos Especificos Semiconductores simples Si, Ge Compuestos III-V Al. P, Al. As, Al. Sb, Ga. N, Ga. As, Ga. Sb, In. P, In. As, In. Sb Compuestos II-VI Zn. O, Zn. Se, Zn. Te, Cd. Se, Cd. Te, Hg. S Aleaciones Alx. Ga 1 -x. As, Ga. As 1 -x. Px, Hg 1 -x. Cdx. Te, Gax. In 1 As 1 -y. Py
Modelo de enlace en semiconductores Modelo 3 D Átomo único Cada línea representa un electrón de valencia compartido Silicio Modelo de Enlace Cada círculo representa la estructura interna del átomo semiconductor (Ej Silicio) -Enlace covalente -Modelo válido a T= 0 K
Representaciones en el modelo de enlace Representación de un átomo faltante Representación de la liberación de un electrón
Estructura semiconductores n n Materiales: Si, Ge, P, As. Estructura del Si: n n n segundo elemento del planeta más abundante. 14 electrones y 14 protones, 4 e- de valencia. se presenta en la naturaleza de dos formas distintas, una amorfa y otra cristalizada
Representaciones en modelo de bandas vacío Completamente lleno Sin portadores Ec Ec Ec Ev Ev Ev Pérdida del electrón Hueco resultante
Modelo simplificado de bandas de energía Ec Ev Y Nivel de Energía X Desplazamiento en el cristal Ec: Mínima energía para pasar a la banda de conducción Ev: Máxima energía para permanecer en la banda de valencia *Diferencia de materiales: anchura de banda prohibida
Modelo de bandas para distintos tipos de materiales Muy estrecha Pocos electrones Ec amplia Eg~8 e. V (Si. O 2) Eg~8 e. V (Diamante) Ec Ev Eg~1. 42 e. V (Ga. As) Eg~1. 12 e. V (Si) Eg~ 0. 66 e. V (Ge) Superpuesta Ev Ec Ev Aislantes Semiconductores Metales
Dopado: Dopantes comunes de silicio Donadores Aceptadores (elementos columna V) (elementos columna III) P B As Ga Sb In Al
Semiconductor Intrínseco n Celda elemental de Si: n n se unen 5 átomos del material, enlace covalente. no hay electrones libres, por lo cual se denomina conductor intrínseco o “tipo I”.
Acción donadora y aceptadora P+ Acción donadora B- Acción aceptadora
Semiconductor “tipo N” n n Si incorporamos una impureza, P (5 electrones de valencia) habrá un electrón libre. El material tendrá exceso de cargas negativas.
Semiconductor “tipo P” n n Si incorporamos B (3 electrones de valencia) aparecerá un hueco. No se produce enlace covalente y hay exceso de cargas positivas.
La unión P-N en equilibrio - - - - + + + - - + + - Semiconductor tipo P + + + + Semiconductor tipo N +
La unión P-N en equilibrio Barrera de Potencial - - - - Semiconductor tipo P + + + - - + + + + + Semiconductor tipo N Al unir un semiconductor tipo P con uno de tipo N aparece una zona de carga espacial denominada ‘barrera de potencial’. Que actúa como una barrera para el paso de los portadores mayoritarios de cada zona.
La unión P-N
La unión P-N polarizada inversamente P - - - - + + + N + + - - + + + La zona de transición se hace más grande. Con polarización inversa no hay circulación de corriente.
La unión P-N polarizada en directa P - - - - + + + - + N + + - - + + + La zona de transición se hace más pequeña. La corriente comienza a circular a partir de un cierto umbral de tensión directa.
La unión P-N polarizada en directa P - - - - + + + - - Concentración de huecos + + + - + N + + - - + + + Concentración de electrones + La recombinación electrón-hueco hace que la concentración de electrones en la zona P disminuya al alejarse de la unión.
La unión P-N Conclusiones: ØAplicando tensión inversa no hay conducción de corriente ØAl aplicar tensión directa en la unión es posible la circulación de corriente eléctrica P N DIODO SEMICONDUCTOR
![Curva del diodo ánodo p cátodo 1 i [m. A] Ge n A K](http://slidetodoc.com/presentation_image/4c9396516a6c6de2c8d6aee9d159ae52/image-28.jpg "Curva del diodo ánodo p cátodo 1 i [m. A] Ge n A K")
Curva del diodo ánodo p cátodo 1 i [m. A] Ge n A K Símbolo Silicio Germanio Si V [Volt. ] -0. 25 0. 5 IS = Corriente Saturación Inversa K = Cte. Boltzman VD = Tensión diodo q = carga del electrón T = temperatura (ºK) ID = Corriente diodo
FIN
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