https://neculaifantanaru.com An1 derivat.ro chimie_diode luminescente celule solare tranzistorul

1. DIODE LUMINESCENTE
CELULE SOLARE
TRANZISTORUL
SOCOL Costinel
Grupa 412 D

2. DIODE LUMINESCENTE PE BAZA JONCŢIUNII p–n
Dioda luminescentă este cea mai utilizată sursă de radiaţie în optoelectronica modernă.
Dioda luminescentă – este o joncţiune p–n polarizată direct, în care electronii şi golurile
recombinează iradiant (cu emiterea fotonilor) în regiunea de sarcină spaţială şi la o distanţă de la
regiunea de sarcină spaţială egală cu lungimea de difuzie a purtătorilor de sarcină ( nL , pL ).
Polarizarea directă micşorează bariera de potenţial şi înlesneşte injecţia purtătorilor de sarcină
dintr-un domeniu în altul.
Expresia matematică a caracteristicii volt-amperice (CVA) este:
  
kT
eU
IkTeUII ss exp1exp  .
Fluxul de lumină iradiat, adică numărul fotonilor iradiaţi în 1s este:
kTeUs
ii e
q
I
q
I
  .
Aici eficienţa cuantică internă este:
Gi   ,
unde  - coeficientul injecţiei (partea electronilor ce nimeresc în regiunea „p”); G - partea tranziţiilor
iradiante.
Dependenţa grafică a  jfi  este:

3. La valori mici ale curentului de injecţie, prevalează recombinaţia în stratul de sarcină spaţială,
unde probabilitatea tranziţiilor iradiante este mai mică. Pentru densităţi mari ale curentului i scade
din cauza încălzirii diodei luminescente.
Eficienţa cuantică externă 0kie  tot timpul este mai mică ca eficienţa cuantică internă,
din cauza pierderilor luminii la ieşirea ei din diodă. Cauzele sunt:
 Reflexia internă totală;
 Reabsorbţia fotonilor generaţi.
Din structură vor ieşi fotonii ce se propagă într-un unghi spaţial mai mic decât unghiul reflexiei
interne totale ( ).
Pierderile provocate de reflexia internă se determină de coeficientul de reflexie:
2
12
12









nn
nn
R ,
unde 1n - indicele de refracţie al aerului; 2n - indicele de refracţie al semiconductorului.
Iar 






2
1
arcsin
n
n
 este unghiul conului spaţial.
Pentru GaAs 
16c , iar pentru GaP 
17c . Suprafaţa de ieşire a este la pătrat cu dimensiunea
hh , unde h - grosimea ghidului de undă.
Pentru a îmbunătăţi condiţiile de ieşire ale luminii din semiconductor se formează suprafeţe
sferice, cu o anumită curbură.

4. Cea mai mare eficienţă cuantică o au diodele luminescente din GaAs:
 camereiTi %20...8 ,  lichidazotTi %40 . Pentru suprafeţe sferice %30...20e , timpul
de reacţie fiind s67
10...10 
.
O problemă este confecţionarea diodelor luminescente în albastru. Ele se confecţionează din
GaP:N, însă, posedă o eficienţă cuantică foarte mică %1 şi au o tehnologie complicată de fabricare.
O altă soluţionare a problemei este utilizarea traductorilor „antistocks”.
Dioda din GaAs ce emite în infraroşu se acoperă cu o peliculă din material „antistocks”. Spre
deosebire de materialele obişnuite care emit fotoni cu energie mai mică decât energia fotonilor
absorbiţi pentru excitarea lor, materialele antictocks emit fotoni cu absorbitihh  2 .
Este evident, că pentru a păstra legea conservării energiei este necesar să fie absorbiţi doi sau
mai mulţi fotoni cu energie mică pentru a emite un foton cu energie mai mare, deci 2 fotoni infraroşii
pentru a emite 1 foton albastru.
În calitate de luminofori antistocks pot servi:
 Compuşii F (fluor);
 Oxisulfid de lantan activat cu iterbiu sau cu erbiu ( ErYbSOLa ,:32 ).
Randamentul diodelor cu material antistocks este de %1~ . Însă, şi diodele din GaP:N, care
emit în verde, la fel, posedă randamentul de %1~ .
Rapiditatea diodelor cu material antistocks este scăzută din cauza proceselor de absorbţie şi
reemisie a luminii.
Eficienţa cuantică poate fi mărită utilizând heterostructuri.
La polarizarea directă, aici, are loc injecţia unilaterală a electronilor din semiconductorul cu
bandă largă în cel cu bandă îngustă, deoarece bariera de potenţial pentru goluri este prea mare. Aici,
coeficientul injecţiei este mult mai mare, şi, deci, creşte brusc eficienţa cuantică internă. Fotonii emişi

5. în semiconductorul cu bandă îngustă cu 11 gEh  pot fi scoşi din structură prin semiconductorul cu
12 gg EE  fără pierderi suplimentare la absorbţie.
Dacă 211 gg EEh  , atunci semiconductorul cu 2gE este absolut transparent pentru 1h .
Diodele luminescente în vizibil se folosesc ca: indicatoare, în display, în optocupluri. Se
utilizează lentile speciale pentru a îmbunătăţi diagrama directivităţii.
După cum am spus, eficienţa cuantică internă este raportul numărului purtătorilor de sarcină ce
recombinează cu emisie de fotoni la numărul total de purtători de sarcină de exces.
Acest parametru mai poate fi exprimat ca raportul vitezei de recombinare a purtătorilor de
sarcină care generează fotoni către viteza de recombinare a tuturor purtătorilor de sarcină.
total
fotoni
i
R
R
 ,
unde

0nn
Rtotal

 - pentru semiconductor de tip–n;

0pp
Rtotal

 - pentru semiconductorul de tip–p.
emisiefaraemisie
emisiefaraemisie





 ,
unde  - timpul de viaţă mediu al purtătorilor de sarcină; emisie - timpul de viaţă al purtătorilor de
sarcină ce generează fotoni; emisiefara - timpul de viaţă al purtătorilor de sarcină ce recombinează fără
emisie de fotoni.
 
emisie
fotoni
nn
R

 0
 .
Raportul lor este:
 
    emisiefaraemisie
emisiefara
emisieemisiefaraemisie
emisiefaraemisie
emisietotal
fotoni
nn
nn
R
R


















0
0
.
Deoarece emisiefaraemisie   atunci:

total
fotoni
R
R
.
Frecvenţa limită (maximă) cu care poate fi modulată emisia radiaţiei de către o diodă
luminescentă este:
2
1
lim f , unde
emisiefaraemisie
emisiefaraemisie





 .
Dacă emisiefaraemisie   atunci emisie  şi
emisie
f
2
1
lim  .
Diodele luminescente din GaAs posedă:
 MHzf 10lim  ;
 fiabilitatea - ore5
10 ;

6.  puterea de emisie – până la mW100 ;
 curentul de injecţie - mA200...100 ;
 nm900...730 ;
 unghiul diagramei directivităţii 
120 .
Diodele luminescente din InGaAsP posedă:
 m 5,1...1,1 ;
 fiabilitatea - ore9
10 ;
ceilalţi parametri sunt la fel ca cei pentru diodele luminescente din GaAs

7. CELULE SOLARE
*O celulă solară tipică*
O celulă solară constă din două sau mai multe straturi de material semiconductor, cel mai întâlnit fiind
siliciul. Aceste straturi au o grosime cuprinsă între 0,001 și 0,2 mm și sunt dopate cu anumite elemente
chimice pentru a forma joncțiuni „p” și „n”. Această structură e similară cu a unei diode. Când stratul
de siliciu este expus la lumină se va produce o „agitație” a electronilor din material și va fi generat un
curent electric.
Celulele, numite și celule fotovoltaice, au de obicei o suprafață foarte mică și curentul generat de o
singură celulă este mic dar combinații serie, paralel ale acestor celule pot produce curenți suficient de
mari pentru a putea fi utilizați în practică. Pentru aceasta, celulele sunt încapsulate în panouri care le
oferă rezistență mecanică și la intemperii.
Celulele solare pot fi clasificate după mai multe criterii. Cel mai folosit criteriu este după grosimea
stratului materialului. Aici deosebim celule cu strat gros și celule cu strat subțire.
Un alt criteriu este felul materialului: se întrebuințează, de exemplu, ca materiale semiconductoare
combinațiile CdTe, GaAs sau CuInSe, dar cel mai des folosit este siliciul.
După structură de bază deosebim materiale cristaline(mono-/policristaline) respectiv amorfe.
În fabricarea celulelor fotovaltaice pe lângă materiale semiconductoare, mai nou, există posibiltatea
utilizării și a materialelor organice sau a pigmenților organici.

8. Materiale
1. Celule pe bază de siliciu
Strat gros
 Celule monocristaline (c-Si)
randament mare - în producția în serie se pot atinge până la peste 20 %
randament energetic, tehnică de fabricație pusă la punct; totuși procesul de
fabricație este energofag, ceea ce are o influență negativă asupra periodei de
recuperare (timp în care echivalentul energiei consumate în procesul de
fabricare devine egal cantitatea de energia generată).
 Celule policristaline (mc-Si)
la producția în serie s-a atins deja un randament energetic de peste la 16 %,
cosum relativ mic de energie în procesul de fabricație, și până acum cu cel mai
bun raport preț – performanță.
Strat subțire
 Celule cu siliciu amorf (a-Si)
cel mai mare segment de piață la celule cu strat subțire; randament energetic al
modulelor de la 5 la 7 %; nu există strangulări în aprovizionare chiar și la o
producție de ordinul TeraWatt
 Celule pe bază de siliciu cristalin, ex. microcristale (µc-Si)
în combinație cu siliciul amorf randament mare; tehnologia aceeași ca la siliciul
amorf
2. Semiconductoare pe bază de elemente din grupa III-V
Celule cu GaAs
randament mare, foarte stabil la schimbările de temperatură, la încălzire o pierdere de
putere mai mică decât la celulele cristaline pe bază de siliciu, robust vizavi de radiația
ultravioletă, tehnologie scumpă, se utilizează de obicei în industria spațială (GaInP/GaAs,
GaAs/Ge)
3. Semiconductoare pe bază de elemente din grupa II-VI
Celule cu CdTe utilizează o tehnologie foarte avantajoasă CBD(depunere de staturi subțiri pe
suprafețe mari în mediu cu pH , temperatură și concentrație de reagent controlate) ; în laborator
s-a atins un randament de 16 %, dar modulele fabricate până acum au atins un randament sub
10 %, nu se cunoaște fiabilitatea. Din motive de protecția mediului este improbabilă utilizarea
pe scară largă.
4. Celule CIS, CIGS
CIS este prescurtarea de la Cupru-Indiu-Diselenid produs în stație pilot la firma Würth Solar în
Marbach am Neckar, respectiv Cupru-Indiu-Disulfat la firma Sulfurcell în Berlin, iar CIGS
pentru Cupru-Indiu-Galiu-Diselenat produs în stație pilot în Uppsala/Suedia. Producătorii de
mai sus promit trecerea la producția în masă în anul 2007.

9. 5. Celule solare pe bază de compuși organici
Tehnologia bazată pe chimia organică furnizează compuși care pot permite fabricarea de celule
solare mai ieftine. Prezintă, totuși, un impediment faptul că aceste celule au un randament
redus și o durată de viață redusă (max. 5000h). Încă (ianuarie 2007) nu există celule solare pe
bază de compuși organici pe piață.
6. Celule pe bază de pigmenți
Numite și celule Grätzel utilizează pigmenți naturali pentru transformarea luminii în energie
electrică; o procedură ce se bazează pe efectul de fotosinteză. De obicei sunt de culoare mov.
7. Celule cu electrolit semiconductor
De exemplu soluția: oxid de cupru/NaCl. Sunt celule foarte ușor de fabrict dar puterea și
siguranța în utilizare sunt limitate.
8. Celule pe bază de polimeri
Deocamdată se află doar în fază de cercetare.
Moduri de construcție
Pe lângă materia primă o importanță mare prezintă tehnologia utilizată. Se deosebesc diferite structuri
și aranjamente în care se depun electrozii de acoperire transparenți a căror rezistență nu este deloc
neglijabilă.
Alte tehnici vizează mărirea eficienței asigurând absorbția unui spectru de frecvență cât mai larg prin
suprapunerea mai multor materiale cu diferite caracteristici de absorbție. Se încearcă selectarea
materialelor în așa fel încât spectrul luminii naturale să fie absorbit la maximum.
Actualmente celulele solare pe bază de materiale semiconductoare cele mai des comercializate sunt cel
pe bază de siliciu.
Celulele solare pe bază de materiale semiconductoare utilizate pentru producerea de energie electrică
sunt legate în module. Pe un modul se află mai multe rânduri de celule solare conectate în serie între
ele pe fața și pe reversul modulului permițând, datorită tensiunii însumate, utilizarea unor conductori
cu secțiune mai mică decât la legarea în paralel. Pentru protejarea unei celule solare împotriva
efectului de avalanșă în joncțiune, datorată potențialului mai mare (apărută de exemplu la umbrirea
parțială a modulului), trebuie incorporate paralel cu celulele solare diode de protecție(bypass).
Sistemele de panouri solare sunt înzestrate uneori cu mecanisme de orientare, panoul fiind în
permanență direcționat pentru a exploata la maximum energia solară incidentă.
Randamentul termodinamic maxim teoretic pentru producerea de energie din lumina solară este de
85 %. Acesta se calculează din temperatura suprafeței soarelui(5800 °K), temperatura maximă de
absorbție(<2500 °K, tempertura de topire a materialelor greu fuzibile) și temperatura mediului
înconjurător(300 °K).
Dacă se utilizează doar o porțiune din spectrul luminii solare, valoarea teoretică se reduce în funcție de
lungimea de undă, până la 5-35 %. Neutilizarea spectrului complet este una din dezavantajele celulelor
solare față de centralele solare termice.

10. *Absorbţia radiaţiei solare de către Siliciu (mono- und policristalin)*
*Absorbţia radiaţiei solare de către Gallium-Antimonat*

11. Principiu de funcționare
*Princ. de funcţionare a celulei solare cu semiconductori: Fotoni incidentali eliberează electroni şi
goluri, care se vor separa în câmpul electric al zonei de sarcină spaţială a joncţiunii p-n*
*Structura unei celule solare simple cu impurificare pin - positive intrinsic negative*
Semiconductoare în principiu sunt construite ca niște fotodiode cu suprafață mare care însă nu se
utilizează ca detectoare de radiații ci ca sursă de curent.
Interesant la acest tip de semiconductoare este că prin absorbție de energie (căldură sau lumină)
eliberează purtători de sarcină (electroni și goluri). Este nevoie de un câmp electrostatic intern pentru
ca din acești purtători să se creeze un curent electric dirijându-i în direcții diferite.
Acest câmp electric intern apare în dreptul unei joncțiuni p-n. Pentru că intensitatea fluxului luminos
scade exponențial cu adâncimea, această joncțiune este necesar să fie cât mai aproape de suprafața
materialului și să se pătrundă cât mai adânc. Această joncțiune se creează prin impurificarea
controlată. Pentru a realiza profilul dorit, în mod normal se impurifică „n” un strat subțire de suprafață

12. și „p” stratul gros de dedesubt în urma căruia apare joncțiunea. Sub acțiunea fotonilor apar cupluri
electron-gol în joncțiune, din care electronii vor fi accelerați spre interior, iar golurile spre suprafață. O
parte din aceste cupluri electron-gol se vor recombina în joncțiune rezultând o disipare de căldură,
restul curentului putând fi utilizat de un consumator, încărcat într-un acumulator sau prin intermediul
unui invertor livrat în rețeaua publică. Tensiunea electromotare maximă la bornele unei celule solare
(de exemplu la cele mai utilizate, celulele de siliciu cristaline) este de 0,5 V.
Structura celulelor solare se realizează în așa mod încât să absoarbă cât mai multă lumină și să apară
cât mai multe sarcini in joncțiune. Pentru aceasta electrodul de suprafață trebuie să fie transparentă,
contactele la acest strat să fie pe cât posibil de subțiri, pe suprafață se va aplica un strat
antireflectorizant pentru a micșora gradul de reflexie a luminii incidente. Acestui strat
antireflectorizant i se atribuie culoare negru-albăstruie a celulelor solare care fără aceasta ar avea o
culoare gri-argintie.
La celulele solare moderne se obține din nitrat de siliciu prin procedeul PE-CVD(pe o suprafață
încălzită se depun în urma unei reacții chimice componente extrase dintr-o fază gazoasă) un stratul
antireflectorizant de cca 70 nm grosime (sfert de lungime de undă la un coeficient de refracție de 2,0).
Se mai utilizează straturi reflectorizante din SiO2 și TiO2 ce se depun prin procedeul AP-CVD.
Grosimea stratului influențează culoarea celulei (culoarea de interferență). Grosimea stratului trebuie
să fie cât se pote de uniformă, deoarece abateri de câțiva nanometri măresc gradul de reflexie. Celulele
își datorează culoarea albastră realizării unei grosimi ce corespunde lungimii de undă a culorii roșii,
culorea cea mai bine absorbită de siliciu. În principiu însă în acest mod se pot realiza celule roșii,
galbene, sau verzi la cerințe arhitectonice deosebite, dar vor avea un randament mai slab. În cazul
nitratului de siliciu și a bioxidului de siliciu stratul antireflectorizant mai are și un rol de a reduce
viteza de recombinare superficială.
Celule solare pe bază de siliciu
*Celulă solară multicristalină*

13. *O placă (wafer) multicristalină*
Materialul cel mi utilizat pentru fabricarea de celule solare pe bază de semiconductori este Siliciul.
Dacă la început pentru producerea celulelor solare se utilizau deșeuri rezultate din alte procese
tehnologice pe bază de semiconductori, astăzi se apelează la materiale special în acest scop fabricate.
Pentru industria semiconductorilor siliciul este materialul aproape ideal. Este ieftin, se poate produce
întru-un singur cristal la un înalt grad de puritate, și se poate impurifica(dota) în semiconductor de tip
“n” sau “p”. Prin simpla oxidare se pot crea straturi izolatoare subțiri. Totuși lărgimea zonei interzise
fac siliciul mai puțin potrivit pentru exploatarea directă a efectului fotoelectric. Celule solare pe bază
pe siliciu cristalin necesită o grosime de strat de cel puțin 100 µm sau mai mult pentru a pute absorbi
lumina solară eficient. La celulele cu strat subțire de tip semiconductor direct ca de exemplu GaAs sau
chiar siliciu cu structura cristalină puternic perturbată (vezi mai jos), sunt suficiente 10 µm.
În funcție de starea cristalină se deosebesc următoarele tipuri de siliciu:
 Monocristaline Celulele rezultă din așa numitele Wafer (plăci de siliciu dintr-un cristal).
Aceste cristale reprezintă materia de bază pentru industria de semiconductori și sunt destul de
scumpe.
 Policristaline Celulele sunt din plăci care conțin zone cu cristale cu orientări diferite. Acestea
pot fi fabricate de exemplu prin procedeul de turnare, sunt mai ieftine și ca atare cele mai
răspândite în producția de dispozitive fotovoltaice. Deseori ele se numesc și celule solare
policristaline.
 Amorfe Celulele solare constau dintr-un strat subțire de siliciu amorf (fără cristalizare) și din
această cauză se numesc celule cu strat subțire. Se pot produce de exemplu prin procedeul de
condensare de vapori de siliciu și sunt foarte ieftine, dar au un randament scăzut în spectru de
lumină solară, totuși au avantaje la lumină slabă. De aceea se utilizează în calculatoare de
buzunar și ceasuri.
 Microcristaline Acestea sunt celule cu strat subțire cu structură microcristalină. Au un
randament mai bun decât celulele amorfe și nu au un strat atât de gros ca cele policristaline. Se
utilizează parțial la fabricarea de panouri fotovoltaice, dar nu sunt atât de răspândite.
 Celule solare tandem sunt straturi de celule solare suprapuse, deobicei o combinație de
straturi policristaline și amorfe. Straturile sunt din materiale diferite și astfel acordate pe
domenii diferite de lungimi de undă a luminii. Prin utilizarea unui spectru mai larg din lumina
solară, aceste celule au un randament mai mare decât celulele solare simple. Se utilizează

14. parțial la fabricarea de panouri solare dar sunt relativ scumpe. O ieftinire apreciabilă se va
obține prin utilizarea în combinație cu sisteme de lentile, așa numitele sisteme de concentrare.
Fabricația având la bază blocuri sau bare de siliciu
Celulele solare obisnuite pot fi confecționate după mai multe metode de fabricație.
* Monocristal de siliciu utilizat la fabricarea plăcilor de siliciu după procedeul Czochralski*
Materia primă siliciu este al doilea element chimic din compoziția scoarței terestre în privința
cantitatății. Se regăsește în compuși chimici cu alte elemente formând silicate sau cuarț. Siliciul brut
numit și siliciu metalurgic se obține din quarț prin topire în furnal.Reducera siliciului se petrece cu
ajutorul carbonului la o temperatura de cca 1700 °C, rezultând la fiecare tonă de siliciu metalurgic de
puritate de cca 98-99 % în jur de 1,5 T de CO2. Prin acest procedeu în 2002 s-au produs 4,1 T siliciu.
Mare parte din acesta este utilizat de industrie la fabricare a oțelului și în industria chimică și numai o
mică parte în microelectronică și la fabricarea de celule fotovoltaice.
Din siliciul brut printr-un proces de fabricație în trepte bazat pe triclorsilan se obține siliciul
policristalin de cea mai mare puritate.
Până în prezent (2006) în producție se recurge la o tehnologie Siemens bazat pe un procedeu de tip

15. CVD condensare de vapori de siliciu, procedeu elaborat și optimizat pentru ramura de
microelectronică. În microelectronică cerințele de calitate sunt total diferite de cele din fabricarea de
celule fotovoltaice. Pentru fabricarea de celule solare este foarte importantă puritatea plăcii de siliciu
în toată masa ei pentru a asigura o cât mai mare durată de viață pentru purtătorii de sarcină, pe când în
microelectronică cerința de foarte înaltă puritate se rezumă în principiu la stratul superior până la o
adâncime de 20-30 µm. Deoarece între timp consumul de siliciu de înaltă puritate pentru fabricarea de
celule fotovoltaice a întrecut pe cel pentru microelectronică, actualmente se fac cercetări intense
pentru elaborarea de procedee de fabricare speciale mai ieftine optimizate pentru celule solare.
Cu toate că procesul de producție a siliciului pur este foarte energofag, energia consumată la
fabricareaa celulelor solare, în funcție de tehnologia utilizată, se poate recupera în 1,5 până la 7 ani.
Dacă se ia în considerare că durata de viață a panourilor solare este de peste 20 ani bilanțul energetic
rezultat este pozitiv.
Siliciul pur în continuare poate fi prelucrat în mai multe feluri. Pentru celule policristaline amintim
procedeele de turnare Bridgman și EVG, pe când pentru cele monocristaline procedeul Czochralski. În
fiecare din acestea în procesul fabricare a blocurilor sau barelor se face simultan și impurificare cu Bor
(vezi mai jos).
Procedeulde turnare
Acesta se utilizează la fabricarea siliciului policristalin. Siliciul pur se topește într-un cuptor cu
inducție după care se toarnă într-un recipient de formă pătrată în care se supune la un proces de răcire
cât mai lent posibil în cursul căruia vor apare cristale cât mai mari posibil. Recipientul are
dimensiunile 50*50 cm, masa solidificată având înălțimea de 30 cm. Blocul astfel solidificat se taie în
mai multe blocuri mai mici cu lungimea de 30 cm. Un alt mod reprezintă turnare continuă, procedeu
prin care materialul este turnat direct pe support la dimensiunile cerute. Avantajul constă în eliminare
pierderilor rezultate din tăiere.
Un alt mod reprezintă turnarea continuă, procedeu prin care materialul este turnat direct pe support la
dimensiunile cerute. Avantajul constă în eliminare pierderilor rezultate din tăiere.
ProcedeulBridgman
Procedeul numit după Percy Williams Bridgman este aplicat tot în procesul de fabricare a siliciului
policristalin. Siliciul pur se topește tot într-un cuptor cu inducție dar procesul de răcire în urma căruia
în masa topită se formează mari zone ocupate de câte un cristal are loc chiar în cuptor. Materialul se
supune unei încălziri progresive pornind de la bază astfel încât în momentul topirii stratului superior,
la bază deja se produce întărirea materialului. Dimensiunile blocurilor obținute sunt mai mari (60*60
cm –70*70 cm) cu înălțimea de 20-25 cm, și se procedează la tăierea lor în blocuri mai mici având
lungimea de 20-25 cm.
ProcedeulCzochralski
Este utilizat la fabricarea de bare lungi monocristaline. Înainte de tăierea plăcilor necesare celulelor,
barele cilindrice rezultate se ajustaează astfel încât să prezinte o secțiune pătrată.

16. Procedeulde topire zonală
Se mai numește și procedeu Float-Zone și se aplică tot la producerea monocristalelor de siliciu sub
formă de bară. Puritatea materialului obținut fiind superioară celei necesitate în confecționarea
celulelor solare, și costurile fiind mari, prodedeul este rar utilizat. Singura firmă ce utilizează acest
procedeul este SunPower din Statele Unite.
Fabricare de waferi (discuri/plăci subțiri de siliciu)
Din barele de cristal vor fi secționate plăcuțe(wafer) cu un fierăstrău special constând dintr-o sârmă
lungă pe care s-au aplicat particule de diamant și care este înfășurată pe cilindri ce se rotesc. Un bloc
este complet secționat în plăcuțe de cca 0,18…0,28 mm la o singură trecere. Praful rezultat în urma
debitării este inutilizabil și reprezintă până la 50 % din material.
Pentru obținerea de plăcuțe de siliciu la început se utiliza materia primă excedentară rezultată din
fabricarea de circuite integrate, care nu corespundea calitativ dar era potrivită pentru fabricarea
celulelor solare. Datorită cererii mult crescute a producției de panouri solare, această sursă are o
importanță nesemnificativă.
Celulele monocristaline prezintă o suprafață omogenă, pe când la celulele policristaline se pot deosebi
zone distincte cu cristale având orientări diferite, ceea ce creează o imagine asemănătoare florilor de
gheață.
În stadiul de plăcuță(wafer) fața și reversul plăcuței nu se deosebesc.
Prelucrarea plăcilorde siliciu
Plăcile debitate vor fi trecute prim mai multe băi de spălare chimică pentru a înlătura defectele de
debitare și a pregăti o suprafață potrivită captării luminii. Pentru aceasta s-au elaborat diferite procedee
utilizate de fabricanți.
În mod normal în această fază plăcile sunt deja impurificate cu bor. Aceasta înseamnă că se găsește
deja un surplus de goluri care pot capta electroni deci avem o impurificare tip “p”. Pe parcursul
procesului de fabricare a celulei solare pentru crearea unei joncțiuni “p-n” este necesar să impurificăm
suprafața ei cu impurități de tip “n” ceea ce se poate realiza într-un cuptor într-o atmosferă de fosfor.
Atomii de fosfor pătrund în suprafață și vor crea o zonă de cca 1 µm cu un surplus de electroni.
Pasul următor va consta în adăugarea unui electrod transparent din SiNx sau TiO2 .
Urmează imprimarea zonelor de conact și a structurii necesare pentru colectarea curentului generat.
Fața celulei este prevăzută de cele mai multe ori cu două benzi pe care ulterior se vor fixa legăturile
dintre mai multe celule. În afară de aceasta se va aplica o grilă conductoare foarte subțire , care pe de o
parte deranjează foarte puțin intrarea luminii, pe de altă parte micșorează rezistența electrică a
electrodei. Reversul plăcii de regulă este complet acoperit cu un material bun conductor de
electricitate.

17. După procesare, celulele vor fi clasificate după proprietățile lor optice și electrice, mai apoi sortate și
asamblate în panouri solare.
Fabricarea plăcilor semiconductoare în mod direct
În dorința de a se evita detașarea plăcilor din blocuri , se găsesc diferite alte modalități ce permit
fabricarea celulelor solare.
ProcedeulEFG
EFG este prescurtarea de la Edge-defined Film-fed Growth. Prin acest procedeu dintr-o cadă de grafit
încălzită electric se trag în sus tuburi octogonale de cca 6 până la 7 m cu o viteză de cca 1 mm/s.
Lățimea unei fețe este de 10-12.5 cm, iar grosimea peretelui atinge cca 280 µm. Apoi tuburile vor fi
tăiate de-a lungul canturilor cu un laser NdYAG, după care fiecare fațetă pe baza unei grile de-a latul.
Astfel se pot realiza celule cu diferite dimensiuni (de exemplu 12.5*15 cm sau 12.5*12.5 cm). În acest
fel se obține o întrebuințare de 80 % a materialului disponibil. Celulele astfel realizate sunt deobicei
policristaline, care la vedere se deosebesc clar de cele debitate, printre altele suprafața lor este mai
ondulată. Acest procedeu se mai numește și procedeu octagonal sau de extrudare.
Procedeul EFG este utilizat de firma Schott Solar în Germania și afost dezvoltat de firma ASE Solar
din Statele Unite.
Procedeul String-Ribbon
Mai există un procedeu dezvoltat de firma Evergreen Solar din Statele Unite care constă în tragerea cu
ajutorul a două fire a unei pelicule din siliciul topit. În cursul acestui proces rezultă mai puține deșeuri
(șpan ce trebuie înlăturat) ca la procedeele uzuale.
Procedeulcu transfer de strat
La acest procedeu direct pe un substrat (corp subțire solid, deobicei cu o orientare cristalină
predefinită) se crește un monocristal de siliciu sub forma unui strat de cca 20 µm grosime. Ca material
purtător se pot utiliza substraturi ceramice, sau siliciu supus unui tratatament superficial. Placa(wafer)
formată ca fi deprinsă de stratul purtător care în continuare va putea fi reutilizată. Avantajele
procedeului constau în consumul de siliciu semnificativ redus datorită grosimii mici, și lipsa deșeurilor
din debitare (pas ce nu mai mai apre în acest procedeu). Randamentul atins este mare și se situează în
domeniul celulelor monocristaline.
Celule din siliciu „murdar“
Procesul de topire și impurificare zonală se poate aplica și în cazul suprafețelor plate/straturi.
Principiul constă în faptul că impurificarea, prin tratamentul termic (multiplă retopire prin deplasare
laterală de exemplu cu ajutorul unui fascicol laser) al siliciului, poate fi concentrată în câteve locuri.[1].
La începutul comercializării panourilor solare, celulele aveau o formă rotundă, păstrând forma barelor
de siliciu din care au fost debitate. Această formă azi este rar utilizată locul ei fiind preluat de formele

18. dreptunghiulare de cele mai multe ori pătrate având colțurile mai mult sau mai puțin teșite. Până la
sfârșitul anilor 1990 celulele solare aveau cel mai des mărimea de fabricație de 100*100 mm (în
jargonul de specialitate numite celule de 4 țoli). După aceea au fost introduse pe scară tot mai largă
celulele cu latura de 125 mm, și de prin anul 2002 și celulele cu latura de 150 mm se utilizează tot mai
des în modulele standard și se prevede că nici celulele de 200*200 nu vor fi o raritate în viitor.
În procesul debitare rezultă și plăci de dimensiuni mai mici, care pot genera aceeași tensiune doar cu
un curent mai mic datorită suprafeței mai mici, și care își găsesc aplicația în aparatele cu consum mic.
Prin procedeul EFG rezultă și patrulatere cu laturi de lungimi diferite.

19. TRANZISTORUL
Tranzistorul este un dispozitiv electronic din categoria semiconductoarelor care are trei terminale
(borne sau electrozi), care fac legătura la cele trei regiuni ale cristalului semiconductor. Aspectul
tranzistoarelor depinde de natura aplicației pentru care sunt destinate.
Principiulde funcționare
În funcționare normală joncțiunea emitor- bază este polarizată direct, iar joncțiunea colector- bază este
polarizată invers.
 Joncțiunea emitor- bază, fiind polarizată direct, este parcursă de un curent direct(curent de
difuzie) IE, mare în raport cu curentul invers const, cu valori tipice de(rezidual) și, într-o
plajă largă de curenți, UEB 0,6 - 0,7 V (Si) sau 0,2 -0,3V (Ge).
 Joncțiunea colector- bază, fiind polarizată invers, este caracterizată de un curent propriu,
invers, foarte mic, de ordinul nanoamperilor pentru tranzistoarele de siliciu și de ordinul
microamperilor pentru tranzistoarele de germaniu.
Caracteristică tranzistorului este cuplarea electrică a celor două joncțiuni. Pentru aceasta trebuie
satisfăcute două condiții:
 joncțiunea emitorului să fie puternic asimetrică, adică impurificarea emitorului să fie mult mai
puternică decât cea a bazei.
 baza să fie foarte subțire, astfel încât fluxul de purtători majoritari din emitor să ajungă practic
în totalitate în regiunea de trecere a colectorului.
Legătură externă:
Utilizare
Tranzistoarele pot fi folosite în echipamentele electronice cu componente discrete în amplificatoare de
semnal (în domeniul audio, video, radio), amplificatoare de instrumentatie, oscilatoare, modulatoare si
demodulatoare, filtre, surse de alimentare liniare sau în comutație sau în circuite integrate, tehnologia
de astăzi permițând integrarea într-o singură capsulă a milioane de tranzistori.
Simbolurile folosite în mod curent pentru tranzistori:

20. 
Tranzistor JFET *Tranzistor bipolar PNP*

*Tranzistor IGFET canal N* *Fototranzistor*