Confundido acerca de la separación de carga en las células solares

Estoy un poco confundido acerca de cómo funcionan las células solares.

Tengo entendido que hay una unión pn. Se absorbe un fotón que crea un par electrón-hueco, y la idea es separar el electrón y el hueco antes de que se recombinen para producir corriente.

Los materiales de tipo n están dopados con electrones adicionales y los materiales de tipo p están dopados con huecos. Entonces, ¿por qué en todos los diagramas que veo, cuando ocurre la separación de carga, los electrones se conducen a través del material de tipo n y los huecos se conducen a través del material de tipo p? ¿No debería ser al revés?

Respuestas (1)

No es del todo correcto decir que los materiales de tipo n están dopados con electrones "extra". Sin duda, el material de tipo n tiene carga neutra. Es más correcto decir que el material de tipo n está dopado con átomos que "donan" un electrón a la banda de conducción; El material de tipo n tiene un exceso de electrones móviles frente al material intrínseco. Entonces, naturalmente, el material de tipo n es un buen conductor porque hay muchos electrones móviles para participar en una corriente de electrones.

El material p está dopado con átomos que "aceptan" un electrón de la banda de conducción, por lo que hay un déficit de electrones móviles y, por lo tanto, no esperaría que haya mucha corriente de electrones móviles. Sin embargo, hay muchos "agujeros" que pueden participar en una corriente de "agujero".

Ahora, con respecto a tu pregunta. Cuando se genera un EHP en cualquier tipo de material, el material permanece con carga neutral. Sin embargo, si el EHP está separado por el campo E intrínseco de la unión PN, ya no hay neutralidad de carga. Cuando se genera un EHP, es el operador minoritario el que se barrerá a través del cruce para convertirse en un operador mayoritario en el "otro lado". Como ya no hay neutralidad de carga, la carga fluirá en un circuito externo para restaurarla.

He estado leyendo un poco y tengo entendido que hay dos fuerzas en competencia para conducir electrones y agujeros a través de una unión pn, difusión y deriva. La difusión hace que los electrones viajen desde el material de tipo n al de tipo p, dejando atrás iones positivos. Se produce una región de empobrecimiento, y sobre esta región hay un campo eléctrico debido a los electrones del tipo p ya los iones positivos del tipo n. Este campo eléctrico equilibra la difusión por lo que no hay corriente neta. Entonces, ¿cómo es que cuando se crea un par de agujeros de electrones, se crea corriente?
El campo eléctrico en la región de agotamiento "barre" los portadores de carga móviles, por lo que no hay corriente a través de esta región "agotada" de portadores de carga móviles. Cuando se crean EHP en o alrededor de la región de agotamiento, ahora existen transportes de carga móvil donde no había ninguno . Decimos que los portadores se "inyectan" en la región de agotamiento donde ahora pueden participar en una corriente eléctrica.