Solar Cells and Photodetectors: Lecture Overview
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Questions and Answers

¿Cuál es el principio de funcionamiento de un fotodiodo?

  • Absorción de luz en la región intrínseca de un pin-diodo
  • Separación de electrones y huecos en un transistor
  • Absorción de luz en la capa de agotamiento de un diodo (correct)
  • Generación de luz en la capa de agotamiento de un diodo

    • ¿Qué detectores de luz se caracterizan por tener una capa de agotamiento delgada para una detección rápida?

  • Detectores operados sin polarización
  • Detectores con alta absorción
  • Detectores eficientes (correct)
  • Detectores con capa de agotamiento gruesa

    • ¿En qué modo un fotodiodo puede ser operado sin polarización externa?

  • Modo con alta absorción
  • Modo de detección eficiente
  • Modo de emisión de luz
  • Modo fotovoltaico (correct)

    • ¿Qué efecto se logra al aplicar un voltaje inverso a un fotodiodo?

    <p>Aumento de la velocidad de detección</p> Signup and view all the answers

    ¿En qué tipo de fotodiodo se aprovecha la operación cerca del voltaje de ruptura para su funcionamiento?

    <p>Fotodiodo de avalancha (APD)</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es uno de los libros recomendados por el autor para profundizar en la física de los dispositivos fotovoltaicos?

    <p>Physics of Solar Cells, P.Wurfel</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es el proceso que ocurre cuando un electrón se excita a un estado de energía más alto en la banda de conducción y luego se relaja a la banda de valencia, liberando energía en forma de un fotón?

    <p>Recombinación radiativa</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es el proceso que ocurre cuando un electrón excitado relaja su energía a la red cristalina en forma de vibración de la red (fonones)?

    <p>Recombinación no radiativa</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es el proceso que ocurre cuando un electrón excitado transfiere su energía a otro portador libre, en lugar de emitir un fotón o liberar energía a la red?

    <p>Recombinación Auger</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es el proceso que ocurre cuando un electrón es promovido a través de la brecha de banda debido a la energía cinética vibracional de los fonones?

    <p>Generación térmica</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es el proceso que ocurre cuando un fotón incidente es absorbido y promueve un electrón de la banda de valencia a la banda de conducción?

    <p>Generación óptica</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es el proceso en el que un fotón estimula la relajación de un electrón de la banda de conducción a la banda de valencia, junto con la emisión de un segundo fotón?

    <p>Emisión estimulada</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué tipo de estados pueden actuar como aceptores o donadores en una superficie?

    <p>Estados de impureza</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué tipo de región se establece en la superficie de un semiconductor n?

    <p>Región de agotamiento</p> Signup and view all the answers

    ¿Cómo se puede preparar la unión pn?

    <p>Por medio de dopaje selectivo</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué ecuación describe el comportamiento de una unión PN en la oscuridad?

    <p>Ecuación de Shockley</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué factor indica el grado de idealidad en el comportamiento de la unión PN?

    <p>$m$</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es el parámetro relevante en la base cuando se tiene un emisor delgado con baja recombinación en la superficie frontal?

    <p>$ ext{Transporte}$</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre los semiconductores es FALSA?

    <p>La banda de conducción (BC) es la banda ocupada más baja.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué caracteriza a un semiconductor directo?

    <p>El mínimo de la BC y el máximo de la BV ocurren en el mismo valor de K.</p> Signup and view all the answers

    Si $E_F$ es la energía de Fermi, la probabilidad de que un estado esté ocupado por un electrón en la banda de conducción cuando $E \gg E_F$ está dada por:

    <p>$f(E) = 1 - \frac{1}{1 + e^{(E_F - E)/kT}}$</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre la densidad de estados es FALSA?

    <p>La densidad de estados en 2D es independiente de la energía para electrones libres.</p> Signup and view all the answers

    En un semiconductor intrínseco, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es VERDADERA?

    <p>La densidad de electrones es igual a la densidad de huecos.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál de las siguientes limitaciones reduce la eficiencia de un dispositivo fotovoltaico?

    <p>Absorción incompleta de la luz.</p> Signup and view all the answers

    Cuál es la diferencia principal entre las trampas y los estados localizados en la banda prohibida?

    <p>Las trampas capturan y liberan solo un tipo de portador, mientras que los estados localizados capturan y liberan ambos tipos de portadores.</p> Signup and view all the answers

    Cuál es la expresión matemática para la tasa de recombinación SRH en la superficie de un semiconductor dopado tipo p?

    <p>$U = S_n n_s (n_i^2/n_p) + S_p p_s (n_i^2/p_n)$</p> Signup and view all the answers

    Cuál es la expresión matemática para la longitud de difusión de los portadores minoritarios en un semiconductor dopado en estado estacionario?

    <p>$L_n = \sqrt{D_n \tau_n}$ y $L_p = \sqrt{D_p \tau_p}$</p> Signup and view all the answers

    Cuál es la expresión matemática para la corriente de recombinación superficial en un semiconductor dopado tipo n?

    <p>$J_s = q S_n n_s (n_i^2/n_n) + q S_p p_s (n_i^2/p_n)$</p> Signup and view all the answers

    Cuál es la ecuación de transporte de portadores minoritarios en un semiconductor dopado tipo p en estado estacionario y campo eléctrico nulo?

    <p>$0 = \frac{1}{q} \frac{\partial J_p}{\partial x}$</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Materiales con Eg entre 0.5 y 3 eV

    • Materiales como silicio, arseniuro de galio (GaAs) y fosfuro de indio (InP) pueden ser utilizados para dispositivos fotovoltaicos.
    • Todas las luces incidentes con energía mayor que la energía de banda prohibida (Eg) se absorben y generan pares electrón-hueco.
    • Los portadores excitados no se recombinan excepto radiativamente y se transportan sin pérdida a través del circuito externo.

    Limitaciones de eficiencia en dispositivos fotovoltaicos

    • La absorción incompleta de la luz reduce la corriente fotogenerada.
    • La recombinación no radiativa de portadores fotogenerados reduce tanto la corriente como el voltaje.
    • La caída de tensión debido a la resistencia en serie entre el punto de generación y el circuito externo también reduce la eficiencia.

    Semiconductores

    • Los semiconductores deben absorber luz visible (energía de banda prohibida entre 0.5 y 3.0 eV).
    • Debe transportar cargas con eficiencia.
    • Ejemplos de semiconductores son silicio y materiales moleculares.

    Bandas de energía en cristales

    • La banda de valencia (VB) es la banda de ocupación más alta.
    • La banda de conducción (CB) es la banda no ocupada más baja.
    • La banda prohibida es la diferencia de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción.

    Electrones y hoyos en semiconductores

    • Los semiconductores intrínsecos tienen una conductividad pequeña en la oscuridad.
    • La fotoconductividad se produce cuando un material se expone a la luz, liberando electrones de la banda de valencia.

    Diagramas de estructura de banda

    • Los diagramas de estructura de banda muestran la energía en función del momento.
    • La banda prohibida es la diferencia de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción.

    Brecha directa e indirecta

    • La brecha directa ocurre cuando el mínimo de la banda de conducción y el máximo de la banda de valencia ocurren en el mismo punto del espacio de momento.
    • La brecha indirecta ocurre cuando el mínimo de la banda de conducción y el máximo de la banda de valencia ocurren en diferentes puntos del espacio de momento.

    Densidad de estados

    • La densidad de estados es la cantidad de estados disponibles por unidad de energía y unidad de volumen.
    • La función de distribución de Fermi-Dirac describe la probabilidad de占ancia de los estados.

    Fotodíodos y células solares

    • Los fotodíodos son dispositivos que convierten la luz en una señal eléctrica.
    • Las células solares son dispositivos que convierten la luz en energía eléctrica.

    Recombinación y generación

    • La recombination es el proceso contrario a la generación, donde los electrones y huecos se recombinan.
    • La generación es el proceso donde los electrones y huecos se crean a partir de la absorción de luz.

    Procesos ópticos en un sistema de dos niveles

    • La absorción de un fotón puede promover un electrón de la banda de valencia a la banda de conducción.
    • La emisión de un fotón puede relajar un electrón de la banda de conducción a la banda de valencia.

    Generación de pares electrón-hueco

    • La generación de pares electrón-hueco es el proceso más importante en dispositivos fotovoltaicos.
    • Otros procesos de generación incluyen la generación asistida por trampas y Auger.

    Análisis de la unión p-n

    • La unión p-n es la estructura de dispositivo más comúnmente utilizada en fotovoltaica.
    • La unión p-n se puede preparar a partir de un wafer de cristal sin interface específico.

    Estado de equilibrio en la unión p-n

    • La unión p-n en equilibrio tiene una barrera de potencial inherente.
    • La barrera de potencial se puede controlar mediante el control de los niveles de dopaje.

    Corrientes en la oscuridad en la unión p-n

    • La corriente en la oscuridad se debe a la recombinación de portadores en la región de carga espacial.
    • La ecuación de Shockley describe la corriente en la oscuridad en la unión p-n.

    Unión p-n bajo iluminación

    • La unión p-n bajo iluminación genera una corriente fotogenerada.
    • La eficiencia cuántica describe la relación entre la corriente fotogenerada y la intensidad de la luz incidente.

    Células solares: eficiencias récord

    • Las células solares tienen eficiencias récord que varían en función de la estructura del dispositivo y la calidad de los materiales.

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    Quiz Team

    Description

    Explore the fundamentals of semiconductor physics for photovoltaic devices, including topics like photodiodes, solar cells, photodetectors, and light emission devices. Contact Antonio García Loureiro for further information or consultations during the specified office hours.

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