Una zona di svuotamento, nota anche come regione di svuotamento o regione di carica spaziale, è una zona in cui non sono presenti portatori liberi. Per approfondire l'argomento, è necessario comprendere i principi fondamentali delle celle solari.
Le celle solari inorganiche sono composte principalmente da materiali a base di silicio drogato, sebbene ora si possano impiegare anche nanomateriali. Il silicio di tipo p e di tipo n vengono tipicamente accoppiati per formare giunzioni nelle celle solari. Per fare un confronto, i materiali drogati di tipo n presentano atomi con un elettrone in più nel loro reticolo atomico, mentre i materiali drogati di tipo p presentano atomi con un elettrone in meno. Nei materiali di tipo n e di tipo p, ciò comporta la creazione, rispettivamente, di elettroni e lacune in eccesso.
Il meccanismo di conversione dell'energia coinvolge entrambi i portatori di carica. Le giunzioni in una cella fotovoltaica possono essere realizzate solo con materiali specifici perché devono essere in grado di subire l' effetto fotoelettrico , ovvero la formazione di una tensione in presenza di luce.
Questi due materiali di silicio drogato, quando vengono avvicinati, formano una giunzione semiconduttrice . Su un lato di questa giunzione si trova un'abbondanza di lacune, mentre sull'altro si trova un'abbondanza di elettroni.
La zona di svuotamento, una regione elettricamente neutra compresa tra queste due regioni di portatori di carica, funge da interfaccia di giunzione tra di esse. Quando la cella fotovoltaica non riceve luce solare, si forma la zona di svuotamento.
Alcuni elettroni e lacune interagiscono tra loro e si uniscono per formare la zona di svuotamento. Per mantenere separati gli altri portatori di carica, entrambi i tipi di portatori si uniscono per produrre una specie neutra.
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La zona neutra crea un campo elettrico interno che impedisce alle due aree dei portatori di carica di mescolarsi completamente tra loro nella cella solare, oltre a separare le specie cariche.
Questo è fondamentale perché una collisione completa tra queste due zone produrrebbe una sostanza elettricamente completamente neutra che non funzionerebbe come previsto.
Ciò è dovuto al fatto che un materiale elettricamente neutro non produrrebbe corrente elettrica e la migrazione di queste cariche in risposta alla stimolazione luminosa è ciò che consente alle celle solari di funzionare e produrre energia fotovoltaica.
