Złącze p-n

Aktualnie na rynku dominują moduły fotowoltaiczne oparte na technologii krzemowej, mogą być
monokrystaliczne lub polikrystaliczne. Ich sercem jest złącze p-n, to dzięki niemu na elektrodach
ogniwa powstaje różnica potencjałów, czyli napięcie. Jak działa to złącze?
Złącze p-n jest złączem dwóch materiałów półprzewodnikowych o przewodnictwie p – positive, oraz
n – negative. Obszar typu n powstaje przez domieszkowanie atomów krzemu atomami które
posiadają więcej od niego elektronów, jest to domieszkowanie donorowe, a ładunkami
większościowymi są swobodnie poruszające się elektrony, mające ładunek ujemny. Natomiast obszar
typu p powstaje przez domieszkowanie akceptorowe, tj. dodawanie atomów które posiadają mniej
elektronów niż krzem, ładunkami większościowymi są tu swobodnie poruszające się dziury
elektronowe, mające ładunek dodatni. Połączone półprzewodniki typu n i p tworzą złącze p-n.
Elektrony mogą podróżować pomiędzy złączem, zostawiając wtedy statyczny ładunek dodatni, po
drugiej stronie złącza łączą się z dziurą elektronową i oba ładunki znikają. Dziury elektronowe również
mogą podróżować na drugą stronę złącza, zostawiając statyczny ładunek ujemny i łącząc się po
drugiej stronie z elektronem, oba ładunki wtedy również znikają. Przez to przy złączu powstaje tzw.
„strefa zubożona”, gdzie nie ma już ładunków. Oddzielone ładunki statyczne powodują, że w strefie
zubożonej powstaje pole elektryczne. Kiedy Słońce świeci na złącze, półprzewodnik absorbuje foton,
tworząc ruchliwy elektron i ruchliwą dziurę elektronową. Pole elektryczne sprawia, że elektron trafia
do obszaru typu n, a dziura elektronowa do obszaru typu p. To zjawisko jest zwane fotogeneracją
nośników ładunku. Oddzielenie ładunków dodatnich od ujemnych tworzy różnice potencjałów, czyli
napięcie. Podłączenie złącza do zewnętrznego obwodu pozwala podróżować elektronom i dziurom, a
następnie rekombinować. Podróż ładunków formuje prąd elektryczny, który pozwala zasilić
urządzenia takie jak np. żarówka.