SLIDE 1
Arno Smets
Working Principle of a Semiconductor Based Solar Cell
2.4 Charge carrier excitation
Week 2
Working Principle of a Semiconductor Based Solar Cell 2.4 Charge - - PowerPoint PPT Presentation
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Working Principle of a Semiconductor Based Solar Cell 2.4 Charge carrier excitation Week 2 Arno Smets Conduction band Valence band F(E) 1
SLIDE 2
SLIDE 3
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0,5 1 EF E F(E)
Fermi Level
SLIDE 4
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Fermi level
0,5 1 E F(E) T = 0 K
SLIDE 5
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0,5 1 EF E F(E)
Fermi Level
SLIDE 6
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0,5 1 EF E F(E)
Fermi Level
SLIDE 7
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0,5 1 EC E F(E)
Fermi Level
EF EV
‐ ‐
SLIDE 8
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Fermi level
0,5 1 E F(E) EC EF EV T = 0 K
SLIDE 9
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0,5 1 EC E F(E)
Fermi Level
EF EV
‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐
SLIDE 10
SLIDE 11
Silicon Structure representation in 2D
SLIDE 12
Silicon Structure
„Free“ electron Hole (bond missing valence electron)
1
SLIDE 13
Semiconductor Materials
P I N
SLIDE 14
n‐Doping
P+
SLIDE 15
Energy band diagram of n‐doped Silicon
Valence Band Conduction Band EFermi Thermal excitation Donor States
`
SLIDE 16
p‐Doping
B‐
SLIDE 17
Energy band diagram of p‐doped Silicon
Valence Band Conduction Band EFermi Thermal excitation Acceptor States
`
SLIDE 18
Typical Concentrations: Majority Carriers Minority Carriers = 1016 cm‐3 104 cm‐3
Si density in c‐Si is 5 1022 cm‐3
SLIDE 19
Law of Mass Action
Intrinsic material n = p = nintrinsic =1,1X1010cm‐3
Doping: At Room Temperature:
n‐type doping p0 = n0 = ND
n0 (nintrinsic)2
n0 p0 = (nintrinsic)2 p‐type doping n0 = p0 = NA
p0 (nintrinsic)2
n.p=constant
}
n = electron carrier concentration p = hole carrier concentration 1,21X1020 cm‐6
SLIDE 20
Example
n‐type doping p0 = n0 = ND n0 (nintrinsic)2 n‐type doping example p0 = n0 = ND= 1016 cm‐3 1,21X1020 1016 = 1,21X104 cm‐3
SLIDE 21
Light Absorption scenario 1
Eph = EG:
SLIDE 22
Light Absorption scenario 2
Eph < EG:
SLIDE 23
Light Absorption scenario 3
Eph > EG:
SLIDE 24
Light Absorbtion in doped material before light absorption: Majority Carriers Minority Carriers = 1016 cm‐3 104 cm‐3
SLIDE 25
Light Absorbtion in doped material 1011 now electron‐hole pairs: 104 + 1011 cm‐3 Majority Carriers Minority Carriers = 1016 + 1011 cm‐3
SLIDE 26
Temperature
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0,5 EC E F(E) EF EV
‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐
P+
Doping Light
SLIDE 27