Photovoltaischer Effekt - Halbleiter - Grenzschicht

unknown01 · Anmeldungsdatum: 16.03.2011 Beiträge: 5

Hallo,

Ich bin gerade dabei mir den (inneren) photovoltaischen Effekt bezogen auf Halbleitern anzueignen.

In Laufe meiner Erkenntnisprozesse kam ich zu dem Ergebnis, dass ohne die Grenzschicht in dem n und p dotierten Halbleiter es zu keinem abgreifbaren Strom kommen kann, da es an einer Ladungstrennung fehlt, wofür ja das in der Grenzschicht entstandene elektrische Feld eigentlich sorgt. Somit ist eine Dotierung unabdingbar.

Ist das so richtig? Bin ein wenig verunsichert. Und hab noch nicht verstanden wie es zur Entstehung einer Grenzschicht kommt.

Wenn zB. Silizium durch Bor (3 Valenzelektronen) und Phosphor (5 Valenzelektronen) dotiert wird, dann hat doch jedes tausendste Atom 3 Valenzelektronen bzw. 5 Valenzelektronen wodurch sich im Bezug aufeinander ein Elektronenmangel (+) und Elektronenüberschuss (-) einstellt und das Elektrische Feld entsteht. In der Grenzschicht gehen die undotierten SI-Atome eine Verbindung ein (Es sind ja nicht alle SI Atome dotiert) und haben somit 8 Valenzelektronen. Aber wie soll da dann noch eine Ladung durch das Feld übertragen werden? Bei Lichteinwirkung steigen die Elektronen durch die Energiezufuhr ja ins Leitungsband auf und fungieren dann als freie Ladungen und werden durch das von der n schicht zur p schicht gerichtete elektrische Feld in die n-Schicht bewegt. Aber ein volles Volenzband (in der Grenzschicht) lässt doch kein Elektron mehr passieren. Ich hab das Gefühl das ich nicht richtig verstanden habe wie sich die Grenzschicht zusammensetzt.

Wo sind meine Gedankenfehler?

Energetic · Anmeldungsdatum: 16.03.2010 Beiträge: 52

So weit ich weiß tritt der Photovoltaikeffekt bei Fotodioden auf.
Der Witz bei diesen Dingern ist die Grenzschicht. Diese besteht, so weit ich weiß, aus einer nicht dotierten i-Schicht. Man bringt also zwischen einen p-n-Übergang eine nicht dotierte i-Schicht und erhlt einen p-i-n-Übergang - eine Fotodiode. Trifft nun ein Photon auf die nicht dotierte Schicht, so enstehen Elektronen-Loch-Paare, die nicht gleich wieder kombinieren sondern in die dotierten Bereiche wandern. Die Elektronen in n-dotierte Schicht, die Löcher zur p-Dotierung. Man hat also eine Ladungstrennung (also eine Spannung).
Die Erklärungen mit Valenzelektronen usw. finde ich persönlich immer sehr kompliziert und unanschaulich.

Hoffe das hilft
lg

unknown01 · Anmeldungsdatum: 16.03.2011 Beiträge: 5

Ja soweit hab ich es verstanden, nur ist diese Erklärung noch zu grob wie ich finde. Trotzdem danke, ich such mal im Internet weiter, vllt finde ich noch was.

Energetic · Anmeldungsdatum: 16.03.2010 Beiträge: 52

Ich hab noch unser Arbeitsblatt aus der Schule.
Hoffe der Lehrer hat nichts dagegen, dasss ich es hier rein stelle ... Na ja, bekommt er wahrscheinlich sowieso nicht mit Big Laugh

Vielleicht hilfts, aber wahrscheinlich ist dir das auch noch zu oberflächlich.

unknown01 · Anmeldungsdatum: 16.03.2011 Beiträge: 5

Machst dir aber Mühen für mich. Ich les mir das eben mal durch, aber schonmal vielen Dank.

Habs mir jetzt durchgelesen. Danke das du dir nochmal die Mühe gemacht hast und den Zettel eingescannt hast. Hat mir wirklich weiter geholfen und mir ist jetzt vieles viel klarer.

Wenn ich jetzt alles richtig verstanden habe stimmt nun meine erste Aussage, dass nur durch eine Dotierung des Halbleiters, also durch die entstehende Grenzschicht "i" der photovoltaische Effekt geschehen kann.

Und es interessieren nur die Elektronen und Löcher bzw. Elektronen-Loch-Paare, die sich in der Grenzschicht befinden. Diese werden dann durch das durch die Rekombination entstandene elektrische Feld (sowie dies der Auslöser für die Grenzschicht) jeweils in das n-Feld und p-Feld gelenkt. Die Elektronen ins n Feld und die Löcher ins p-Feld, da das elektrische Feld, begründet in der Erscheinung der Rekombination, von der n-Schicht zur p-Schicht gerichtet ist.

Also vielen Dank nochmal.