Εισαγωγή φωσφόρου
Η διαδικασία "ντόπινγκ" εισάγει ένα άτομο άλλου στοιχείου μέσα στον κρύσταλλο πυριτίου για να αλλάξει τις ηλεκτρικές του ιδιότητες. Το dopant έχει είτε τρία είτε πέντε ηλεκτρόνια σθένους, σε αντίθεση με τα τέσσερα πυριτίου. Τα άτομα φωσφόρου, τα οποία έχουν πέντε ηλεκτρόνια σθένους, χρησιμοποιούνται για ντόπινγκ ν-τύπου πυρίτιο (ο φωσφόρος παρέχει το πέμπτο, ελεύθερο, ηλεκτρόνιο).
ΕΝΑ φώσφορος άτομο καταλαμβάνει την ίδια θέση στο κρυσταλλικό πλέγμα που είχε καταληφθεί προηγουμένως από το άτομο πυριτίου που αντικατέστησε. Τέσσερα από τα ηλεκτρόνια σθένους του αναλαμβάνουν τις ευθύνες δέσμευσης των τεσσάρων ηλεκτρονίων σθένους σιλικόνης που αντικατέστησαν. Αλλά το πέμπτο ηλεκτρόνιο παραμένει ελεύθερο, χωρίς να φέρει ευθύνη. Όταν πολλά άτομα φωσφόρου υποκαθιστούν το πυρίτιο σε έναν κρύσταλλο, υπάρχουν πολλά ελεύθερα ηλεκτρόνια διαθέσιμα. Αντικαθιστώντας ένα άτομο φωσφόρου (με πέντε ηλεκτρόνια σθένους) για ένα άτομο πυριτίου σε ένα πυρίτιο κρύσταλλο αφήνει ένα επιπλέον, μη συνδεδεμένο ηλεκτρόνιο το οποίο είναι σχετικά ελεύθερο να κινηθεί γύρω από τον κρύσταλλο.
Η πιο κοινή μέθοδος ντόπινγκ είναι να επικαλύψει την κορυφή ενός στρώματος πυριτίου με φωσφόρο και στη συνέχεια να θερμάνει την επιφάνεια. Αυτό επιτρέπει στα άτομα φωσφόρου να διαχέονται στο πυρίτιο. Η θερμοκρασία στη συνέχεια χαμηλώνεται έτσι ώστε ο ρυθμός διάχυσης να πέσει στο μηδέν. Άλλες μέθοδοι εισαγωγής φωσφόρου στο πυρίτιο περιλαμβάνουν την αέρια διάχυση, ένα υγρό μέσο προσρόφησης διαδικασία ψεκασμού και μια τεχνική στην οποία τα ιόντα φωσφόρου οδηγούνται ακριβώς στην επιφάνεια του πυρίτιο.
Παρουσιάζοντας το Βόριο
Φυσικά, το ν-τύπου πυρίτιο δεν μπορεί να σχηματίσει το ηλεκτρικό πεδίο από μόνο του; είναι επίσης απαραίτητο να έχει κάποια μεταβολή του πυριτίου να έχει τις αντίθετες ηλεκτρικές ιδιότητες. Έτσι είναι το βόριο, το οποίο έχει τρία ηλεκτρόνια σθένους, που χρησιμοποιείται για το ντόπινγκ σιλικόνη τύπου ρ. Το βόριο εισάγεται κατά την επεξεργασία πυριτίου, όπου το πυρίτιο καθαρίζεται για χρήση σε φωτοβολταϊκές συσκευές. Όταν ένα άτομο βορίου αναλαμβάνει μια θέση στο κρυσταλλικό πλέγμα που είχε προηγουμένως καταλάβει ένα άτομο πυριτίου, υπάρχει ένας δεσμός που λείπει από ένα ηλεκτρόνιο (με άλλα λόγια μια επιπλέον οπή). Αντικαθιστώντας ένα άτομο βόριο (με τρία ηλεκτρόνια σθένους) για ένα άτομο πυριτίου σε ένα πυρίτιο κρύσταλλο αφήνει μια οπή (ένας δεσμός που λείπει ένα ηλεκτρόνιο) που είναι σχετικά ελεύθερο να κινηθεί γύρω από τον κρύσταλλο.
Αλλα υλικά ημιαγωγών.
Όπως και το πυρίτιο, όλα τα φωτοβολταϊκά υλικά πρέπει να κατασκευαστούν σε διαμορφώσεις τύπου ρ και τύπου ν για να δημιουργήσουν το απαραίτητο ηλεκτρικό πεδίο που χαρακτηρίζει ένα φωτοβολταϊκό κύτταρο. Αλλά αυτό γίνεται με διάφορους τρόπους ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του υλικού. Για παράδειγμα, η μοναδική δομή του άμορφου πυριτίου καθιστά αναγκαία μια εσωτερική στρώση ή "στρώμα i". Αυτό το ανοιχτό στρώμα άμορφου πυριτίου ταιριάζει μεταξύ των στρώσεων τύπου ν και τύπου ρ για να σχηματίσει αυτό που ονομάζεται σχεδιασμός "ρ-ί-η".
Οι πολυκρυσταλλικές λεπτές μεμβράνες όπως το diselenide ινδίου του χαλκού (CuInSe2) και το τελλουρίδιο του καδμίου (CdTe) δείχνουν μεγάλη υπόσχεση για τα φωτοβολταϊκά κύτταρα. Αλλά αυτά τα υλικά δεν μπορούν απλώς να επικαλυφθούν για να σχηματίσουν στρώματα η και ρ. Αντ 'αυτού, για τη διαμόρφωση αυτών των στρωμάτων χρησιμοποιούνται στρώματα διαφορετικών υλικών. Για παράδειγμα, ένα στρώμα "παραθύρου" από σουλφίδιο του καδμίου ή άλλο παρόμοιο υλικό χρησιμοποιείται για να παράσχει τα επιπλέον ηλεκτρόνια που είναι απαραίτητα για να γίνει η-τύπου. Το CuInSe2 μπορεί να κατασκευάζεται το ίδιο από το π, ενώ το CdTe ωφελείται από ένα στρώμα τύπου ρ που κατασκευάζεται από ένα υλικό όπως το τελλουρίδιο του ψευδαργύρου (ZnTe).
Το αρσενικό του γαλλίου (GaAs) τροποποιείται παρομοίως, συνήθως με ίνδιο, φωσφόρο ή αλουμίνιο, για να παράγει ένα ευρύ φάσμα υλικών τύπου η και ρ.