593

15.4. ENERGETYKA SŁONECZNA

półprzewodniki o przewodnictwie dziurowym typu p i elektronowym typu n. Na złączach p-n powstaje kontaktowa (warstwa zaporowa) różnica potencjałów, która utrudnia wspomnianą wyżej rekombinację i wytwarza wewnętrzne pole elektryczne. Dzięki temu zbędne jest zewnętrzne pole elektryczne. Zjawiska te zostaną omówione dalej.

Domieszki donorowe mają 5 elektronów walencyjnych (np. fosfor P), które łatwo się dopasowują do siatki krystalicznej krzemu (rys. 15.38c). Po uformowaniu się wiązań kowalentnych obu atomów pozostaje jeden elektron walencyjny w nadmiarze jako swobodny elektron. Oznacza to, że atom domieszki został zjonizowany. Powstał nieruchomy ładunek dodatni (jon donorowy o ładunku dodatnim), który nie bierze udziału w przewodnictwie. Tak więc domieszki donorowe wprowadzają do półprzewodnika elektrony przewodzenia (swobodne), nie wprowadzając dziur. Otrzymuje się półprzewodnik typu n, w którym przewodnictwo prądu zachodzi głównie za pośrednictwem elektronów w paśmie przewodnictwa.

Domieszki akceptorowe mają 3 elektrony walencyjne (np. bor B). Po uformowaniu się wiązań kowalentnych powstaje w strukturze niedobór elektronów, czyli dziura towarzysząca każdemu atomowi akceptorowemu (rys. 15.38d). Dziura jest słabo związana z atomem akceptora, oddziela się od atomu, uzyskując swobodę przemieszczania się wewnątrz półprzewodnika. To przemieszczanie dziury polega na tym, że atom domieszki przechwytuje elektron walencyjny pochodzący z sąsiedniego obszaru w półprzewodniku, powodując przemieszczanie się luki w strukturze wiązania, czyli dziury. Tak powstały jon akceptorowy przedstawia nieruchomy ładunek ujemny i nie bierze udziału w przewodzeniu. Domieszki akceptorów wprowadzają do półprzewodnika dziury, nie wprowadzając elektronów. Otrzymuje się półprzewodnik typu p, w którym przewodzenie prądu zachodzi głównie za pośrednictwem dziur w paśmie walencyjnym.

Obie domieszki nie zrywają wiązań walencyjnych. W każdym półprzewodniku występują zarówno elektrony swobodne, jak i dziury. W półprzewodniku typu n liczba elektronów swobodnych (ładunków nadmiarowych) przewyższa liczbę dziur (ładunków mniejszościowych), w półprzewodniku typu p - odwrotnie.

Na rysunku 15.39 przedstawiono mechanizm powstawania warstwy zaporowej. Gdyby warstwy p i n nie oddziaływały na siebie wzajemnie, wówczas rozkład ładunków elektrycznych w tych warstwach wyglądałby jak na rysunku 15.39a. W kółkach zaznaczono nośniki powstałe przez wyżej omówione domieszkowanie - nośniki nieruchome związane z siatką krystaliczną. W złączu p-n (rys. 15.39b) elektrony, dyfundując do obszaru p, szybko znikają wskutek rekombinacji z dziurami i pozostawiają w obszarze n w pobliżu złącza dodatnio naładowane jony donorowe ®.

Dzięki przemieszczaniu się elektronów z warstwy n do warstwy p na zasadzie przeskakiwania z atomu na atom mogą dyfundować dziury z warstwy p do n, gdzie znikają wskutek rekombinacji z elektronami, pozostawiając w obszarze p w pobliżu złącza ujemnie naładowane jony akceptorowe ©.

593