Heterojunction
Et heterojunction er et veikryss mellom to halvledere hvis forbudte bånd (gap, på engelsk) er forskjellige. Heterojunksjoner er av stor betydning i halvlederfysikk og optikk.
Introduksjon
Et heterojunction er et veikryss dannet av to forskjellige halvledere eller av et metall og en halvleder.
Når de to halvlederne har samme type ledningsevne, snakker vi om isotype heterojunksjon . Når typen ledningsevne er forskjellig, kalles det en anisotype heterojunksjon. Det er denne siste typen heterojunksjon som er av mer interesse.
I 1951 foreslo William Shockley å bruke en brå heterojunksjon som en effektiv base-emitterinjektor i en bipolar transistor. Samme år publiserte Gubanov en teoretisk artikkel om heterojunksjoner. Siden da har heterojunksjoner blitt studert mye, og mange applikasjoner (ofte eksisterende med homojunctions) har blitt forbedret eller operert ved romtemperatur. Spesielt vil nevnes lysdioder , lasere, fotodetektorer, solceller osv.
Prinsipper
Enten en halvleder og en halvleder , så har vi en forskjell mellom de to materialgapene som ikke er null. Vi merker:
.
Denne forskjellen i hull blir deretter delt inn i to diskontinuiteter: valensbåndsdiskontinuiteten ( ) og ledningsbåndsdiskontinuiteten ( ) slik at:
.
applikasjoner
Heterojunksjonen (som er kompatibel med andre elektroniske teknologier) er grunnlaget for flere teknologier:
- langdistanse telekommunikasjon ;
- Lesere CD eller DVD ;
- Digital kamera ;
- produksjon av halvlederkomponenter ( lasere , dioder , mottakere) til lave kostnader og / eller mer effektive enn deres homojunction-ekvivalenter.
-
Fotovoltaikk : Heterojunksjonen kan forbedre og lette produksjonen av visse typer solceller . I 2019 , etter mer enn 10 år med forskning med INES, gjorde denne teknologien CEA i stand til å slå en ny ytelsesrekord for flere typer silisium heterojunksjon celler (preget av en kjerne som består av monokrystallinsk silisium celletype. N (denne kjernen er dopet med fosforprodusert halvleder). I tillegg reduseres antall produksjonstrinn: kjemisk etsning produserer de nødvendige pyramidene på silisiumplatene (kalt wafers). Deretter kommer rengjøring (også kjemisk) foran plasmadeponering av nanometriske filmer av amorf silisium , deretter av gjennomsiktig amorf silisiumdopet N på den ene siden og dopet P på den andre siden. Silketrykk gjør det mulig å deponere et nettverk av ledende ledninger beregnet på å samle opp elektriske ladninger. Det er ikke nødvendig å overstige 200 ° C under operasjonen (sammenlign til 400 ° C eller 800 ° C til 850 ° C for konkurrerende prosesser. Deretter når du produserer solcellemodulen oltaiske celler er sammenkoblet. Cellen produsert av heterojunction er også nesten symmetrisk, slik at bifacial bruk kan brukes : Dermed gir innsamlingen av lyset som reflekteres av undersiden av en modul det en effektivitetsgevinst (fra +8 til + 15%) sammenlignet med en ensidig modul . I tillegg mister en heterojunksjoncellemodul mindre effektivitet når den utsettes for varme (forbedret temperaturkoeffisient (-0,25% per ekstra grad mot -0,35% for en normal modul). Ifølge Charles Roux orienterer noen moduler vertikalt på en øst-vest akse gir dem to produksjonstopper (rundt klokka 10 om morgenen og rundt klokken 16 om ettermiddagen) som kan jevne produksjonen av "kraftstasjonen" med sørvendte paneler, hvis produksjonstopp ser ut som følger. ved middagstid ... ved å lette styring av det elektriske nettet .
den analyse av livsløpet til heterojunction virker like interessant (mindre økologisk og energi fotavtrykk, forbedret resirkulerbarheten ... bortsett indium som fortsatt er nødvendig og hvor det er fortsatt på jakt etter et effektivt substitutt, selv om det i årene 2000-2020 bruker solceller-sektoren mye mindre enn flatskjerm og telefoni .
heterojunksjonen (som fanger energien til det synlige spektret og den infrarøde ) er a priori kompatibel med cellulære perovskitter (som fanger opp energien til ultrafiolett og begynnelsen av det synlige spekteret) og andre teknologier (f.eks. kontakter bak som tillot nylige rekordytelse ved å eliminere skyggelegging på forsiden takket være en metallisering fullstendig overført til baksiden ". Ved å kombinere flere av disse teknikkene virker et teoretisk utbytte på 32% mulig ifølge CEA, men perovskittcellene må fremdeles stabiliseres over tid og produseres på større moduler.
Merknader og referanser
- W. Schockley, amerikansk patent 2,569,347 (1951)
- AI Gubanov, Zh. Tekh. Fiz., 21, 304 (1951)
- Gréboire Noble (2019) Hvordan heterojunksjon av silisium kan forstyrre solceller ; Batiactu 22. mars 2019; fra en oversikt av Charles Roux, laboratoriesjef ved CEA-Ines i Grenoble