Studiul fotodiodei - fotodioda

1. Scopul lucrarii

Studiul efectului fotovoltaic. Conversia directa a energiei luminoase în energie electrica.

2. Teoria lucrarii

Efectul fotovoltaic consta în aparitia unei tensiuni electromotoare într-o jonctiune p-n când aceasta este iluminata. Prin acest efect se realizeaza conversia directa a energiei luminoase în energie electrica.

Intr-un semiconductor intrinsec conductia electrica este realizata atât de electroni, cât si de goluri. Electronii trec din zona de valenta în zona de conductie, sub actiunea câmpului electric extern, unde se deplaseaza liber si creaza densitatea de curent de electroni .... Jn.

Golurile din zona de valenta, rezultate în urma plecarii electronilor, si care din punct de vedere al conductiei se comporta ca sarcini elementare positive, creeaza densitatea de curent de goluri Jp. Densitatile de curent

....

Jn si

....

Jp sunt:

....

unde n este concentratia de electroni din zona de conductie, p este concentratia de goluri din zona de valenta, e=1,6Å1019C este sarcina electrica elementara, purtata de un electron/gol, iar ¼n si ¼ p sunt mobilitatile electronilor si respectiv golurilor. Densitatea totala de curent este:

....

In semiconductorul intrinsec

....

In semiconductorurii extrinseci (semiconductori dopati) conductia se realizeaza prin electroni în semiconductorii dopati cu impuritati donoare - semiconductorii de tip n si respectiv prin goluri în semiconductori de tip p dopati cu impuritati acceptoare. Densitatea de curent în semiconductorii de tip n este

....

iar în semiconductorii de tip p este

....

Jonctiunea p-n este zona care separa, în acelasi monocristal, doua regiuni cu conductii diferite: p si n. În fiecare dintre aceste regiuni miscarea purtatorilor liberi are un caracter dezordonat: electronii difuzeaza spre regiunea p, iar golurile spre regiunea n. La întîlnirea dintre un electron si un gol are loc fenomenul de recombinare care determina scaderea concentratiei de electroni în zona n si de goluri în zona p. Acest fenomen face ca regiunea n sa devina electropozitiva, comportându-se ca o veritabila sursa electrica. In jonctiune apare astfel un câmp electric dirijat de la regiunea n spre regiunea p, care limiteaza migrarea purtatorilor.

Difuzia purtatorilor prin jonctiunea p-n poate fi stimulata prin iluminarea acesteia.

Datorita fotonilor, se realizeaza ionizarea atomilor, creindu-se noi purtatori de sarcina libera, capabili sa mareasca tensiunea electromotoare din jonctiune. Acest fenomen poarta denumirea de efect fotovoltaic. Randamentul conversiei energiei luminoase în energie electrica depinde de natura materialului semiconductor, de compozitia spectrala a luminii si de caracteristicile dispozitivului folosit. Acest dispozitiv se numste de fotodioda si este schitat în Fig. 1.