M5 Photovoltaïque et Photodétection

Topique

Un photon d'énergie suffisante, supérieure à la bande interdite de ce matériau semi-conducteur (selon un autre modèle du système), génère, conformément à la loi de Beer-Lambert régissant l'absorption de ce photon lors de sa pénétration dans le semi-conducteur, une paire électron-trou : l'énergie de ce photon absorbé excite un électron de la bande de valence vers la bande de conduction du semi-conducteur, laissant dans la même bande de valence le trou correspondant de cette paire électron-trou. Le fait que ce matériau semi-conducteur absorbe une plus grande proportion de ces photons d'énergie suffisante, conformément à la loi de Beer-Lambert, implique que cette paire électron-trou est générée plus fréquemment en son sein.

Le champ électrique interne de la jonction p-n, qui constitue un autre modèle du système, sépare cette paire électron-trou avant que les deux porteurs de charge ne puissent se recombiner. Ce même champ électrique interne attire l'électron de la paire électron-trou d'un côté de la jonction p-n et le trou du côté opposé ; c'est cette attraction en sens opposés qui produit le photocourant du matériau semi-conducteur. Le fait que cette paire électron-trou soit générée plus près de la jonction p-n, à portée du champ électrique interne, rend sa séparation plus efficace et, par conséquent, le photocourant est plus important. Inversement, la durée de vie plus courte des porteurs minoritaires dans ce matériau semi-conducteur, qui établit un modèle différent pour ce système, implique qu'une plus grande proportion de ces paires électron-trou se recombinent avant d'être séparées par ce champ électrique interne, et par conséquent, le photocourant est plus faible.

Ainsi, ce modèle, avec la paire électron-trou et le photocourant qui l'a créée, produit, lorsque ce photocourant circule en circuit ouvert (sans chemin externe pour sa circulation effective), une phototension : la tension en circuit ouvert de ce dispositif. En l'absence de ce chemin externe, ce photocourant s'accumule sous la forme d'une polarisation directe croissante sur cette jonction p-n, réduisant progressivement le potentiel de contact de cette même jonction jusqu'à ce que le courant de la diode, qui décrit déjà le modèle de Shockley de cette jonction p-n polarisée en direct, annule exactement ce photocourant. Le fait que la durée de vie de ces porteurs minoritaires soit plus longue, permettant à une plus grande fraction de ces paires électron-trou de survivre jusqu'à leur séparation par le champ électrique interne, augmente ce photocourant et, par conséquent, la phototension en circuit ouvert.

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