Ein n-Dotierstoff wie Phosphor verbessert die elektrische Leitfähigkeit eines Halbleiters gegenüber einem undotierten Halbleiter, indem er in einer Photovoltaikzelle ein zusätzliches Elektron in ein Energieniveau nahe dem Leitungsband einbringt. Dieses Elektron kann dann leicht in das Leitungsband freigesetzt werden. Solche Dotierstoffe werden als Donatoren bezeichnet und zeichnen sich vereinfacht durch eine hohe Orbitalenergie und eine hohe Ladung aus . Akzeptoren hingegen weisen die gleichen Eigenschaften, jedoch mit einer niedrigen Ladung, auf.
Die Schlüsselkomponente eines Solarenergieerzeugungsgeräts, das Sonnenlicht schnell in elektrische Energie umwandelt, ist eine Photovoltaikzelle (PV-Zelle). Die Solarzelle besteht aus einem pn-Übergangselement.
Die Begriffe n-Typ und p-Typ beziehen sich auf die positiv geladenen Löcher, die von Akzeptor-Fremdatomen erzeugt werden, bzw. auf die negativ geladenen Elektronen, die von Donor-Fremdatomen abgegeben werden.
Was sind N-Typ-Solarzellen?
Eine großflächige pn-Übergangsschicht ist eine Solarzelle. In einer n-Typ-Solarzelle befindet sich eine dünne p-dotierte Siliziumschicht, die mit Bor dotiert ist , auf einer viel größeren n-dotierten Siliziumschicht, die mit Phosphor dotiert ist.
Beide Oberflächen sind mit elektrischen Kontakten versehen. Die P-Seite ist die Vorderseite, die der Sonne zugewandt ist. Ein transparenter Klebstoff, beispielsweise EVA , wird über die Antireflexbeschichtung aufgetragen, um die vordere Schutzglasschicht zu fixieren.
Warum sind N-Typen selten?
Die Mehrheit der heute auf dem Markt erhältlichen Feststoff-Solarzellen sind p-Typ-Solarzellen. Dies liegt an den günstigeren Herstellungskosten des p-Typs. Vermutlich ist die Entwicklungsgeschichte der Solarzellen dafür verantwortlich. n-Typ-Solarzellen bieten jedoch im Vergleich zu p-Typ-Solarzellen eine deutlich höhere Effizienz.
Dies ist auf zwei Hauptfaktoren zurückzuführen. Erstens tritt in p-leitenden Materialien eine Borvergiftung (dreiwertiges Bor) auf. In Gegenwart von Licht und Sauerstoff durchläuft Bor unerwünschte Prozesse, die die Umwandlungseffizienz verringern. Dieser Vorgang wird als lichtinduzierter Zerfall (LID) bezeichnet.
Was sind die Nachteile von P-Typ-Solarzellen?
Um den zweiten Nachteil zu verstehen, muss man bedenken, dass Sonnenlicht die Freisetzung eines Elektronen-Loch-Paares bewirkt. Die Löcher sind in diesem (n-Typ-Bereich) Minoritätsträger, wenn dies dort auftritt.
Durch die Absorption eines der freien Elektronen, die den Großteil der Ladungsträger in diesem System ausmachen, könnte ein Loch während der Drift gefüllt werden. In diesem Szenario würde die absorbierte Sonnenenergie lediglich die Zelle erwärmen und als Wärme verloren gehen.
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Unser Ziel ist es, den Löchern den Eintritt in die Verarmungszone zu ermöglichen, wo sie durch das elektrische Feld zur p-Typ-Substanz und dann zur Anode transportiert werden. Um die Solareffizienz zu verbessern, müssen die Diffusionslängen der Minoritätsträger so lang wie möglich sein. Jetzt wissen Sie, was Donoren sind.
Da n-Typ-Zellen weniger anfällig für geringfügige Verunreinigungen sind, ist die Diffusionsdauer der Minoritätsträger in n-Typ-Zellen länger als in p-Typ-Zellen. N-Typ-Zellen weisen aufgrund der längeren Diffusionslänge ihrer Minoritätsträger eine höhere Umwandlungsrate auf. Aus diesem Grund investiert die Industrie intensiv in die Forschung auf diesem Gebiet, um eine wirtschaftlichere Produktion von n-Typ-Zellen zu ermöglichen.
