Materiales para su uso en una celda solar.

Cuando la luz se absorbe en un semiconductor, los electrones excitados se relajarán rápidamente hasta el borde de la banda de conducción. La energía adicional del fotón absorbido en comparación con la banda prohibida del semiconductor se pierde por calor. Los materiales con una banda prohibida de 0,4 eV como el PbS no se utilizan en las células solares porque la mayor parte del espectro solar está formado por fotones con una energía superior a 0,4 eV y, por lo tanto, hay una gran pérdida de energía térmica tras la absorción de esos fotones. Tampoco desea una brecha de banda demasiado alta porque entonces no absorberá parte del espectro solar. De hecho, se puede calcular la banda prohibida óptima para el espectro solar y obtener alrededor de 1,4 eV, lo que da una eficiencia de conversión de energía máxima de ~33 % conocida como el límite de Schockley-Queisser.. Tenga en cuenta que la eficiencia máxima posible para un material con banda prohibida ~0,4 eV es solo del 10 %.

La profundidad de penetración corta de la luz de alta energía surge básicamente del hecho de que la densidad de estados crece alejándose del borde de la banda. Por ejemplo, en un modelo de banda parabólica simple, la densidad de estados es como$\sqrt{E-E_g}$. Más estados significa más absorción y una profundidad de penetración más corta. Este hecho también afecta al diseño de las células solares de silicio, consulta la última demostración en esta página .

Esa es una clase CBSE$12$pregunta del libro NCERT, Semiconductores, ¿sí?

soy una clase$12$estudiante en este momento, ¡así que déjame responderla! Lo explicaré completamente.

$\mathrm{Si:}$es el medio preferido para las células solares porque su$\mathrm{E_g}$el valor es$1.1 \ eV$, que está cerca de la intensidad máxima de radiación solar donde la energía fotónica =$1.5 \ eV$. Fotones con$\mathrm{h\nu > 1.1 \ eV}$puede producir portadores en la unión (capa de agotamiento); por lo tanto, los fotones con$\mathrm{h\nu = 1.5 \ eV}$puede producir portadores. A medida que su intensidad sea mayor, producirán más portadores en el semiconductor. Por lo tanto, tenemos un mayor número de portadores (electrones y huecos) formados, que queremos porque deseamos producir la mayor cantidad de energía posible.$\mathrm{Si}$se utiliza comúnmente en las células solares.

$\mathrm{GaAs:}$tiene un$\mathrm{E_g}$=$1.53 \ eV$, que no es mucho mayor que la energía de los fotones de radiación solar de mayor intensidad ($1.5 \ eV \approx 1.53 \ eV$). Por lo tanto, la intensidad (de$1.53 \ eV$fotones de energía en la radiación solar) también es mayor y, por lo tanto, el número de portadores es más alto. Una razón más es que el "coeficiente de absorción" es mayor para$\mathrm{GaAs}$. Cuanto mayor sea, mayor será la capacidad de la sustancia para absorber el poder de la luz: una mayor absorción conduce a la producción de más portadores.

$\mathrm{CdS \ or \ CdSe:}$Para ellos,$\mathrm{E_g \approx 2.4 \ eV}$. Los fotones de esta energía en el espectro de radiación solar son de baja intensidad. Y los fotones que transportan energía más que$\mathrm{E_g}$son aún menos intensos. Por lo tanto, la producción de portadores no es muy alta ya que el número de fotones disponibles para la producción de portadores es pequeño en la radiación solar para$\mathrm{CdS \ or \ CdSe}$.

$\mathrm{PbS:}$tiene un$\mathrm{E_g = 0.4 \ eV}$, que es mucho menor que la energía de los fotones de mayor intensidad en la radiación solar. Entonces, hay una cantidad de fotones disponibles (que tienen$\mathrm{h\nu > 0.4 \ eV}$) que puede funcionar para la producción de portadores. Pero la densidad de$\mathrm{PbS}$es muy alto en comparación con$\mathrm{Si}$y$\mathrm{GaAs}$.

Densidades:

$\mathrm{GaAs = 5.3176 \ g/cm^3}$

$\mathrm{Si \ \approx \ 2.3290 \ g/cm^3}$

$\mathrm{PbS = 7.60 \ g/cm^3}$

Como se puede ver,$\mathrm{PbS}$tiene la mayor densidad de estos. Entonces, cuando la energía solar cae sobre él, casi cualquier intensidad de energía solar produce portadores. Pero esto sucede en la capa superior del semiconductor debido a su alta densidad. La mayor parte de la radiación solar no puede alcanzar la región de agotamiento, que es donde los pares electrón-hueco generados pueden barrer sin recombinación. Recuerde, no hay campo eléctrico presente en la parte superior, por lo que los pares pueden recombinarse.

Eso es todo. ¡Ahora enciende el transistor!