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Derivación de la Ecuación Ideal del Diodo

La ecuación diodo ideal es una de las ecuaciones más básicas en los semiconductores y trabajando su derivación, proporciona una base sólida para la comprensión de muchos semiconductores, tales como dispositivos fotovoltaicos. El objetivo de esta sección es tomar los conceptos introducidos anteriormente en este capítulo y derivar matemáticamente las características corriente-tensión vistas externamente. El funcionamiento de las células solares reales es tratado típicamente como una modificación a la ecuación del diodo ideal básico descrito aquí.

La derivación de la ecuación del diodo ideal se realiza en muchos libros de texto. El tratamiento aquí es particularmente aplicable a la energía fotovoltaica y utiliza los conceptos introducidos anteriormente en este capítulo. Por simplicidad también asumimos la derivación que unidimensional pero el concepto se puede extender a la notación y los dispositivos de dos y tres dimensiones.

El objetivo es determinar la corriente en función de la tensión y los pasos básicos a seguir son:

  • Resuelva para las características correspondientes en la región de agotamiento
  • Resuelva para concentraciones de portadores y corrientes en las regiones cuasi neutral
  • Encuentre la corriente total

Al final de la sección hay ejemplos completados.

Los semiconductores son analizados bajo tres condiciones:

  • Equilibrio térmico - el dispositivo está en la oscuridad y no se aplica un voltaje a los terminales. Este paso es importante ya que describe el diagrama básico de banda.
  • El estado de equilibrio -, donde se aplica un voltaje constante o una intensidad de la luz en el dispositivo.
  • La transitoria - donde los dispositivos cambian con el tiempo y así, por ejemplo, las diferentes capacidades parásitas son consideradas. Como las células solares son dispositivos en estado estacionario, generalmente, no consideramos el análisis transitorio bajo funcionamiento normal. A veces se utiliza durante la caracterización.

one dimensional diode

El modelo del diodo ideal es un modelo unidimensional. El diodo en sí es tridimensional, pero las regiones de tipo n y de tipo p se supone que son planos infinitos en los que las propiedades sólo cambian en una dimensión. El modelo unidimensional simplifica en gran medida las ecuaciones.