Un dopant de type n, comme le phosphore, améliore la conductivité électrique d'un semi-conducteur par rapport à un semi-conducteur non dopé en introduisant un électron supplémentaire à un niveau d'énergie très proche de la bande de conduction dans un dispositif photovoltaïque. Cet électron est ensuite facilement expulsé vers la bande de conduction. On parle alors de donneur, qui, en termes simples, possède une énergie orbitale élevée et une charge élevée . À l'inverse, l'accepteur possède la même énergie orbitale, mais une charge faible.
L'élément clé d'un dispositif de production d'énergie solaire qui transforme rapidement la lumière du soleil en énergie électrique est une cellule photovoltaïque (PV). Cette cellule solaire est constituée d'une jonction pn.
Les termes de type n et de type p font référence respectivement aux trous chargés positivement produits par les atomes d'impureté accepteurs et aux électrons chargés négativement donnés par les atomes d'impureté donneurs.
Que sont les cellules solaires de type N ?
Une jonction pn de grande surface constitue une cellule solaire. Dans une cellule solaire de type n, une fine couche de silicium de type p dopée au bore repose sur une couche de silicium de type n beaucoup plus épaisse dopée au phosphore.
Les deux surfaces sont munies de contacts électriques. La face P désigne la face avant exposée au soleil. Un adhésif transparent, tel que de l'EVA , est appliqué sur le revêtement antireflet pour maintenir en place la couche de verre protectrice avant.
Pourquoi les types N sont-ils rares ?
La majorité des cellules solaires solides actuellement sur le marché sont de type P. Ce phénomène s'explique par les coûts de fabrication plus faibles de ce type. L'histoire du développement des cellules solaires explique probablement ce phénomène. Cependant, les cellules solaires de type N offrent une efficacité nettement supérieure à celle des cellules de type P en termes de performances.
Cela est dû à deux facteurs principaux. Premièrement, un empoisonnement au bore (trivalent) est présent dans les matériaux de type p. En présence de lumière et d'oxygène, le bore subit des réactions indésirables qui diminuent l'efficacité de conversion. Ce phénomène est appelé dégradation photo-induite (LID).
Quels sont les inconvénients des cellules solaires de type P ?
Pour comprendre le deuxième inconvénient, rappelons que la lumière du soleil provoque le détachement d'une paire électron-trou. Les trous sont des porteurs minoritaires dans cette zone (de type n) si cela se produit.
En absorbant l'un des électrons libres, qui constituent la majeure partie des porteurs de charge dans ce système, un trou pourrait être comblé lors de la dérive. Dans ce scénario, l'énergie solaire absorbée ne ferait que chauffer la cellule et serait perdue sous forme de chaleur.
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Notre objectif est de permettre aux trous d'entrer dans la zone d'appauvrissement, où le champ électrique les entraînera vers la substance de type p, puis vers l'anode. Afin d'améliorer l'efficacité solaire, les longueurs de diffusion des porteurs minoritaires doivent être aussi longues que possible. Vous connaissez maintenant le donneur.
Comme la cellule de type N est moins affectée par les impuretés mineures, la durée de diffusion des porteurs minoritaires y est plus longue que dans les cellules de type P. Les cellules de type N présentent un taux de conversion plus élevé, car leurs porteurs minoritaires ont une longueur de diffusion plus longue. C'est pourquoi l'industrie concernée investit massivement dans la recherche dans ce domaine afin de permettre une production de cellules de type N plus rentable.
