PVMD Delft University of Technology Applica)ons of semiconductors - PowerPoint PPT Presentation

Introduc)on ¡to ¡semiconductor ¡physics ¡ Miro ¡Zeman ¡ PVMD Delft University of Technology

Applica)ons ¡of ¡semiconductors ¡ Solar ¡cells ¡ Transistors ¡ Integrated ¡ Diodes ¡ circuits ¡

Semiconductor ¡ proper1es ¡ ¡

Semiconductors ¡ Semiconductor ¡ A ¡material ¡whose ¡electrical ¡conduc1vity ¡is ¡lower ¡than ¡ conductors ¡and ¡higher ¡than ¡insulators. ¡ Electrical ¡conduc)vity ¡ Conductors ¡(σ ¡> ¡10 4 ¡Ω -­‑1 cm -­‑1 ) ¡ § ¡ ¡ Semiconductors ¡(10 4 ¡Ω -­‑1 cm -­‑1 ¡ > ¡σ ¡> ¡10 -­‑8 ¡Ω -­‑1 cm -­‑1 ) ¡ § Insulators ¡(σ ¡< ¡10 -­‑8 ¡Ω -­‑1 cm -­‑1 ) ¡ § ¡

Doping ¡ Doping ¡ Process ¡used ¡to ¡manipulate ¡the ¡concentra1on ¡of ¡mobile ¡charge ¡ carriers ¡in ¡a ¡semiconductor. ¡ ¡ ¡ Si ¡atoms ¡in ¡the ¡crystal ¡laKce ¡are ¡replaced ¡by ¡ § other ¡elements. ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Dopant ¡atoms ¡for ¡Si ¡have ¡three ¡( p -­‑type) ¡or ¡five ¡ ¡ § ( n -­‑type) ¡valence ¡electrons. ¡

Energy ¡band ¡diagram ¡ Band ¡diagrams ¡ Useful ¡representa1ons ¡of ¡the ¡allowed ¡energy ¡states ¡for ¡an ¡ electron ¡in ¡a ¡material. ¡ Robert ¡F. ¡Pierret ¡& ¡Gerold ¡W. ¡Neudeck, ¡Semiconductor ¡Fundamentals, ¡Volume ¡I ¡of ¡Modular ¡Series ¡on ¡Solid ¡State ¡Devices, ¡1 st ¡edi1on, ¡page ¡21 ¡

Transport ¡mechanisms ¡ A ¡net ¡charge ¡carrier ¡transport ¡requires: § ¡ Electric ¡field ¡-­‑> ¡ Dri@ ¡ § ¡ Concentra1on ¡gradient ¡-­‑> ¡Diffusion ¡ Diffusion ¡ Dri@ ¡

Genera1on ¡and ¡ recombina1on ¡

Photo-­‑genera)on ¡ ¡ Electrons ¡and ¡holes ¡are ¡generated ¡by ¡absorp1on ¡of ¡photon ¡energy ¡higher ¡or ¡ equal ¡to ¡the ¡band-­‑gap ¡energy. ¡ E C E C E ph E ph E G E G E V E V Creation of an Non absorption electron-hole pair E ph < E G E ph ≥ E G

Charge ¡carriers ¡recombina)on ¡ Photo-­‑generated ¡electron-­‑hole ¡pairs ¡may ¡be ¡lost ¡due ¡to ¡recombina1on ¡ processes. ¡ Shockley-­‑ Radia)ve ¡ Auger ¡ Read-­‑Hall ¡ E C E C E C E V E V E V x x x

P-­‑N ¡Junc1on ¡

P-­‑N ¡Junc)on ¡ ¡ E C ¡ E C ¡ E F ¡ E F ¡ E V ¡ E V ¡ p -­‑type ¡ n -­‑type ¡

Band ¡diagram ¡of ¡a ¡PN-­‑Junc)on ¡ diffusion ¡ dri@ ¡ E C ¡ E C ¡ E F ¡ E F ¡ E V ¡ E V ¡ p -­‑type ¡ n -­‑type ¡

Metal-­‑Semiconductor ¡ junc1on ¡

Building ¡up ¡a ¡solar ¡cell ¡ Front ¡contacts ¡ n-­‑type ¡c-­‑Si ¡ p-­‑type ¡c-­‑Si ¡ p ++ -­‑type ¡c-­‑Si ¡ Back ¡contact ¡

Metal-­‑Semiconductor ¡junc)ons ¡ Understand ¡the ¡band ¡structures ¡ § of ¡metals ¡ E vac ¡ Vacuum ¡level ¡ § Work ¡func1on ¡ ¡ § Electron ¡affinity ¡ § How ¡to ¡make ¡a ¡metal-­‑ § semiconductor ¡junc1on ¡ E F ¡ Look ¡at ¡the ¡difference ¡between ¡ § E F ¡ an ¡ohmic ¡and ¡Schocky ¡junc1ons ¡