¿Absorben las células solares los fotones del sub-bandgap?

Question

Según tengo entendido, aunque nos enseñen que las células solares sólo absorben fotones de energía superior a la banda prohibida del material, una parte de los fotones que están por debajo de la banda prohibida sigue siendo absorbida, lo cual es evidente al observar los espectros del coeficiente de absorción (no es cero cuando está por debajo de la banda prohibida).

En primer lugar, ¿estoy en lo cierto? En segundo lugar, si es así, ¿qué ocurre con los fotones del sub-bandgap que son absorbidos?

Por ejemplo, puede ver los espectros de absorción del silicio aquí: pveducation.org/pvcdrom/materials/optical-properties-of-silicon

El band gap del Silicio es de 1,14 eV a 300 K, lo que corresponde a una longitud de onda de 1087 nm. Se puede ver que el coeficiente de absorción es distinto de cero para una longitud de onda superior a 1087 nm, lo que significa que, con un grosor suficiente, el fotón de la sub-banda será absorbido.

Answer 1

A 300K hay agujeros y electrones libres intrínsecos debido a la excitación térmica a través del bandgap. Estos dan lugar a la absorción. Obsérvese el texto bajo el gráfico logarítmico: "La caída de la absorción en la banda prohibida (alrededor de 1100 nm) es más aguda de lo que podría parecer a primera vista".

Hay que tener en cuenta que también puede haber portadores de carga debido a impurezas superficiales (dopaje) e impurezas profundas, que pueden inducir niveles de energía en la brecha de banda. Esto alterará la absorción.

Answer 2

Se puede pensar en varios escenarios aquí:

• La célula solar es una unión p-n (incluso más probable: varias uniones p-n). Esto significa que la estructura de banda real en la unión está distorsionada con respecto a la de un material intrínseco a granel.
• La unión está sesgada, por lo que, en principio, la distancia entre la banda de valencia y la de conductancia a través de la unión es menor que en un material a granel.
• El dopaje da lugar a niveles dentro de la brecha, es decir, se pueden tener excitaciones desde la banda de valencia a niveles de impureza n vacíos o desde los niveles de impureza p llenos a la banda de conducción.
• Por último, los estados excitónicos tienen energías de subgap, que se distinguen por sus líneas bastante marcadas por debajo del borde de absorción.