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Dai fotoni agli elettroni: la giunzione P-N
Il fotone assorbito crea una coppia elettrone-lacuna, ma senza un campo elettrico interno queste cariche si ricombinerebbero rapidamente, rilasciando energia sotto forma di calore invece che di elettricità. È qui che la giunzione P-N diventa essenziale.
Il silicio viene "drogato" con impurità per creare due regioni distinte:
- Silicio di tipo N: drogato con fosforo (elettroni in eccesso → portatori di carica negativi)
- Silicio di tipo P: drogato con boro (deficit di elettroni → "lacune" positive)
Al confine tra le regioni di tipo N e di tipo P, si forma naturalmente una zona di svuotamento. Gli elettroni dal lato N diffondono verso il lato P per riempire le lacune, lasciando atomi caricati positivamente sul lato N e atomi caricati negativamente sul lato P. Questa separazione di carica crea un campo elettrico interno orientato da N verso P.
Figura 4. Rappresentazione schematica di una giunzione P-N prima dell’equilibrio. La regione di tipo P (a sinistra, ciano) contiene lacune in eccesso (portatori di carica positivi), mentre la regione di tipo N (a destra, rosa) contiene elettroni in eccesso (portatori di carica negativi). Quando le due regioni vengono messe a contatto, i portatori di carica diffondono attraverso la giunzione. (Fonte: PVEducation.org, uso educativo)
Quando un fotone genera una coppia elettrone-lacuna vicino alla giunzione, il campo elettrico spinge l’elettrone verso il lato N e la lacuna verso il lato P. Questa separazione impedisce la ricombinazione e spinge i portatori di carica in direzioni opposte, creando una differenza di potenziale tra i due lati della cella.
Perché il campo elettrico alla giunzione P-N fornisce una forza trainante più forte del moto termico casuale, dirigendo elettroni e lacune lontano l’uno dall’altra prima che possano ricombinarsi.
