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Concentración de Portadores Intrínsecos

Visión de Conjunto

  1. Intrinsic carriers are the electrons and holes that participate in conduction.
  2. The concentration of these carriers is contingent upon the temperature and band gap of the material, thus affecting a material's  conductivity.
  3. Knowledge of intrinsic carrier concentration is linked to our understanding of solar cell efficiency, and how to maximize it.

La excitación térmica de un portador de la banda de valencia a la banda de conducción crea portadores libres en ambas bandas. La concentración de estos portadores se llama la concentración de portadores intrínsecos, denotado por ni. El material semiconductor que no ha tenido impurezas añadidas a la misma con el fin de cambiar las concentraciones de portadores se llama material intrínseco. La concentración de portadores intrínseca es el número de electrones en la banda de conducción o el número de agujeros en la banda de valencia en el material intrínseco. Este número de portadores depende de la banda prohibida del material y de la temperatura del material. Una gran banda prohibida hará que sea más difícil para un portador para ser térmicamente excitado a través de la banda prohibida, y por lo tanto la concentración de portadores intrínseca es menor en los materiales de banda prohibida superiores. Alternativamente, el aumento de la temperatura hace que sea más probable que un electrón excitado esté en la banda de conducción, lo que aumentará la concentración de portadores intrínsecos. Esto se traduce directamente en eficiencia de la célula solar.

Concentración de portadores en un semiconductor intrínseco con dos temperaturas. En ambos casos, el número de electrones y el número de agujeros es igual. Silicio sin dopar (intrínseco) rara vez se utiliza en la industria electrónica que casi siempre se dopa para la fabricación del dispositivo.

Concentración de portadores intrínsecos del silicio como función de la temperatura

 

El valor exacto de la concentración de portadores del silicio intrínseco ha sido ampliamente estudiado debido a su importancia en el modelado. A 300 K el valor generalmente aceptado para la concentración de portadores intrínseco de silicio, ni, es de 9.65 x 109 cm-3 medido por Altermatt1, que es una actualización al valor previamente aceptado propuesta por Sproul2. Una fórmula para la concentración de portadores en el silicio intrínseco como una función de la temperatura viene dada por Misiakos3:

n i (T)=5.29× 10 19 (T/300) 2.54 exp( 6726/T )

La pequeña diferencia en los valores de Altermatt y Misiakos está dentro de los límites del error experimental. Mientras que la concentración de portadores intrínsecos normalmente se citó a 300 K, las células solares se miden generalmente a 25 ° C, donde la concentración de portadores intrínseca es de 8.3 x 109 cm-3. La ecuación anterior se implementa en la mini-calculadora continuación:

Temperature - Intrinsic Carrier Concentration Calculator