Comprender el fósforo, el boro y otros materiales semiconductores

Introduciendo Fósforo

El proceso de "dopaje" introduce un átomo de otro elemento en el cristal de silicio para alterar sus propiedades eléctricas. El dopante tiene tres o cinco electrones de valencia, a diferencia de los cuatro del silicio. Los átomos de fósforo, que tienen cinco electrones de valencia, se utilizan para dopar el silicio de tipo n (el fósforo proporciona su quinto electrón libre).

Un átomo de fósforo ocupa el mismo lugar en la red cristalina que anteriormente estaba ocupado por el átomo de silicio que reemplazó. Cuatro de sus electrones de valencia se hacen cargo de las responsabilidades de enlace de los cuatro electrones de valencia de silicio que reemplazaron. Pero el quinto electrón de valencia permanece libre, sin responsabilidades de enlace. Cuando numerosos átomos de fósforo son sustituidos por silicio en un cristal, muchos electrones libres están disponibles. Sustituyendo un átomo de fósforo (con cinco electrones de valencia) por un átomo de silicio en un cristal de silicio deja un electrón extra no unido que es relativamente libre de moverse alrededor del cristal.

El método más común de dopaje es recubrir la parte superior de una capa de silicio con fósforo y luego calentar la superficie. Esto permite que los átomos de fósforo se difundan en el silicio. Luego se baja la temperatura para que la velocidad de difusión baje a cero. Otros métodos para introducir fósforo en el silicio incluyen la difusión gaseosa, un proceso de pulverización de dopante líquido y una técnica en la que los iones de fósforo se introducen con precisión en la superficie del silicio..

Introduciendo Boro 

Por supuesto, el silicio de tipo n no puede formar el campo eléctrico por sí mismo; También es necesario alterar un poco el silicio para tener las propiedades eléctricas opuestas. Entonces, el boro, que tiene tres electrones de valencia, se usa para dopar el silicio tipo p. El boro se introduce durante el procesamiento de silicio, donde el silicio se purifica para su uso en dispositivos fotovoltaicos. Cuando un átomo de boro asume una posición en la red cristalina anteriormente ocupada por un átomo de silicio, falta un enlace en un electrón (en otras palabras, un agujero extra). Sustituyendo un átomo de boro (con tres electrones de valencia) por un átomo de silicio en un cristal de silicio deja un agujero (un enlace al que le falta un electrón) que es relativamente libre de moverse alrededor del cristal.

Otros materiales semiconductores.

Al igual que el silicio, todos los materiales fotovoltaicos deben hacerse en configuraciones de tipo p y tipo n para crear el campo eléctrico necesario que caracteriza una celda fotovoltaica. Pero esto se hace de varias maneras diferentes según las características del material. Por ejemplo, la estructura única del silicio amorfo hace necesaria una capa intrínseca o "capa i". Esta capa sin dopar de silicio amorfo se ajusta entre las capas de tipo n y p para formar lo que se llama un diseño "p-i-n".

Las películas delgadas policristalinas como el diselenuro de indio y cobre (CuInSe2) y el telururo de cadmio (CdTe) muestran una gran promesa para las células fotovoltaicas. Pero estos materiales no se pueden dopar simplemente para formar capas n y p. En cambio, se utilizan capas de diferentes materiales para formar estas capas. Por ejemplo, una capa de "ventana" de sulfuro de cadmio u otro material similar se utiliza para proporcionar los electrones adicionales necesarios para que sea de tipo n. CuInSe2 se puede hacer de tipo p, mientras que CdTe se beneficia de una capa de tipo p hecha de un material como el telururo de zinc (ZnTe).

El arseniuro de galio (GaAs) se modifica de manera similar, generalmente con indio, fósforo o aluminio, para producir una amplia gama de materiales de tipo n y p.