Driving forces and charge-carrier separation in p-n junction solar cells

电场 载流子 电位 太阳能电池 电荷(物理) 电压 电荷 太阳能电池理论 工作(物理) 口译(哲学) 材料科学 物理 光电子学 太阳能电池效率 计算机科学 热力学 量子力学 程序设计语言
作者
Benjamin Lipovšek,F. Smole,Marko Topič,Iztok Humar,Anton Rafael Sinigoj
出处
期刊:AIP Advances [American Institute of Physics]
卷期号:9 (5) 被引量:19
标识
DOI:10.1063/1.5092948
摘要

While p-n junction solar cells have long been established as the dominant solar-cell technology in the market, the origin of the charge-carrier separation in these devices remains open to debate. It is often attributed to the built-in electric field that exists across the junction in thermodynamic equilibrium, although this interpretation can lead to physical inconsistencies. In this work we present an interpretation approach based on the analogy between a solar cell and a generalized electric source model. Our interpretation is given through a detailed analysis of the electric potential and the non-electric chemical potential across each device, which are plotted together in complete potential diagrams introduced for this purpose. We demonstrate that the driving force separating the free charge carriers in both devices originates from the change of the non-electric chemical voltage that happens once the device is brought out of thermodynamic equilibrium. This change, therefore, can be interpreted as the driving force that triggers the selective motion of charge carriers and, thus, induces the electric voltage at the terminals of the device.

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