リン、ホウ素、その他の半導体材料を理解する

リンの紹介

「ドーピング」のプロセスは、別の元素の原子をシリコン結晶に導入して、その電気的特性を変更します。ドーパントは、シリコンの 4 つとは対照的に、3 つまたは 5 つの価電子を持っています。 5 つの価電子を持つリン原子は、n 型シリコンのドーピングに使用されます (リンは 5 番目の自由電子を提供します)。

あリン原子は、置換されたシリコン原子が以前占有していた結晶格子内の同じ場所を占有します。その価電子のうちの 4 つは、それらが置き換えた 4 つのシリコンの価電子の結合責任を引き継ぎます。しかし、5 番目の価電子は自由のままであり、結合の責任はありません。結晶中のシリコンが多数のリン原子で置換されると、多くの自由電子が利用可能になります。シリコン結晶中のシリコン原子をリン原子 (5 つの価電子を持つ) で置換すると、余分な結合していない電子が残り、結晶中を比較的自由に動き回ることができます。

ドーピングの最も一般的な方法は、シリコンの層の上部をリンでコーティングしてから、表面を加熱することです。これにより、リン原子がシリコン内に拡散します。その後、拡散速度がゼロになるように温度を下げます。リンをシリコンに導入する他の方法には、ガス拡散、液体ドーパントの噴霧プロセス、およびリンイオンをシリコンの表面に正確に打ち込む技術が含まれる。

ホウ素の紹介

もちろん、n 型シリコンでは形成できません。 電界 それ自体で;また、反対の電気特性を持つように一部のシリコンを変更する必要があります。つまり、p 型シリコンのドーピングに使用されるのは、3 つの価電子を持つホウ素です。ホウ素は、PV デバイスで使用するためにシリコンを精製するシリコン処理中に導入されます。ホウ素原子が、以前はシリコン原子が占めていた結晶格子内の位置を占めると、電子を失った結合 (つまり、余分な穴) が生じます。シリコン結晶内のシリコン原子をホウ素原子 (3 つの価電子を持つ) で置換すると、結晶内を比較的自由に移動できる穴 (電子を失った結合) が残ります。

他の 半導体材料 .

シリコンと同様に、すべての PV 材料を p 型および n 型構成にして、特性を示す必要な電界を作成する必要があります。 太陽電池 .しかし、これは材料の特性に応じてさまざまな方法で行われます。例えば、アモルファスシリコンは独自の構造を持っているため、真性層やi層が必要になります。このドープされていないアモルファス シリコン層は、n 型層と p 型層の間に収まり、いわゆる「p-i-n」設計を形成します。

二セレン化銅インジウム (CuInSe2) やテルル化カドミウム (CdTe) などの多結晶薄膜は、PV セルに大きな期待を寄せています。しかし、これらの材料を単純にドープして n 層と p 層を形成することはできません。代わりに、これらの層を形成するために異なる材料の層が使用されます。たとえば、硫化カドミウムまたは別の同様の材料の「ウィンドウ」層を使用して、n型にするために必要な追加の電子を提供します。 CuInSe2 はそれ自体を p 型にすることができますが、CdTe はテルル化亜鉛 (ZnTe) のような材料で作られた p 型層から恩恵を受けます。

ガリウム砒素 (GaAs) も同様に、通常はインジウム、リン、またはアルミニウムで修飾され、さまざまな n 型および p 型の材料が生成されます。