Principe de fonctionnement d’une photopile

[the ait]

Bonjour,

J’aurais besoin d’explications sur les phénomènes se produisant dans une jonction p-n soumise à un éclairement.

Considérons la mise en contact d’une région dopée p et d’une région dopée n. Initialement, la jonction p-n est électriquement neutre. Toutefois, la diffusion des électrons de conduction vers la région p et inversement génère une polarisation croissante de la jonction jusqu’à inhiber tout échange : un équilibre est atteint avec la création d’un premier champ électrique.

Dans le cas d’une photodiode, supposons maintenant que nous éclairons la jonction p-n. Des paires électrons trous sont alors crées par absorption de photons. Ainsi, pour une diode traditionnelle polarisée directement l’apport en électron est dû à un générateur extérieur tandis que pour une photodiode c’est l’éclairage qui approvisionne la bande de conduction en électrons, ces derniers étant puisés parmi les électrons de valence.
Pour une diode traditionnelle polarisée directement, l’existence d’un courant est rendue possible par l’application d’un champ extérieur au moins supérieur au premier champ à l’origine dans la caractéristique de la tension de seuil.

Supposons maintenant que l’on court-circuite la jonction p-n d’une photodiode éclairée.

Je me demande :

- Est-ce seulement l’existence du premier champ électrique (celui à l’origine de l’équilibre lorsque la diode n’est pas éclairée) qui est la cause lorsque la diode est éclairée du courant de court-circuit (alors comptabilisée négativement)?

- Pourquoi le courant varie-t-il peu par rapport au courant de court-circuit lorsqu’on relie les bornes de la photodiode à celles d’une résistance variable (que l’on fait varier de sorte à être sous le point de puissance maximale) ?

Merci pour vos réponses !!
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[DAUDET78]

Un forum n'est pas un endroit où on demande à des bénévoles de faire une recherche bibliographique .... alors qu'on peut la faire soi même avec un moteur de recherche sur Internet !

[the ait]

Bonsoir,

Vous pensez bien que je me suis renseigné sur le sujet avant de poster mes questions. Internet est un merveilleux outil et il y en effet de la documentation sur les photodiodes. Cependant, quand les interrogations sont précises, il n'est pas toujours évident d'obtenir le renseignement souhaité. Tout ne peut pas être écrit ou bien formulé de sorte à être compris par tout un chacun. L'avantage de discuter avec un enseignant ou un interlocuteur via un forum est que cette personne est à même de comprendre à travers le raisonnement exposé et les questions qui en découlent ce qui contrarie l'étudiant, chose qu'un moteur de recherche ne peut faire...

J'étais donc bien à la recherche d'un raisonnement et non d'une présentation toute faite d'un phénomène telle qu'on peut la trouver sur internet.

Merci

[Tropique]

La question serait peut-être mieux placée en physique, mais on verra s'il est nécéssaire de la déplacer.
Je peux déjà fournir certains éclaircissements (humour involontaire)

Supposons maintenant que l’on court-circuite la jonction p-n d’une photodiode éclairée.

Je me demande :

- Est-ce seulement l’existence du premier champ électrique (celui à l’origine de l’équilibre lorsque la diode n’est pas éclairée) qui est la cause lorsque la diode est éclairée du courant de court-circuit (alors comptabilisée négativement)?

Le champ électrique permet juste de séparer et d'accélérer les porteurs de charge, il ne les crée pas. D'ailleurs, tu réponds implicitement à ta question en disant que la diode doit être éclairée. Ce sont bien eux qui sont les constituants élémentaires du courant.

- Pourquoi le courant varie-t-il peu par rapport au courant de court-circuit lorsqu’on relie les bornes de la photodiode à celles d’une résistance variable (que l’on fait varier de sorte à être sous le point de puissance maximale) ?

Merci pour vos réponses !!

Ce photocourant se comporte comme une source externe par rapport à la jonction (et c'en est une d'une certaine manière, puisque ce sont les photons incidents qui lui donnent naissance), et va donc avoir l'effet d'une source de courant idéale mise en parallèle avec la jonction, celle-ci ayant tous ses paramètres "ordinaires" comme le courant de saturation, sa résistance limite, etc.
Or, sous ce que l'on appelle communément la tension de seuil (en fait très bas sur la caractéristique exponentielle), le courant pris par la jonction est presque négligeable, et ce pour de nombreuses décades de tension. Ce n'est que vers 0.5V~0.6V à T° ordinaire (pour du Si, avec des paramètres de surface et de dopage réalistes) que le courant dérivé par la jonction devient significatif, et à partir de là, il croit très vite.

[A voir en vidéo sur Futura]

[the ait]

Merci Tropique pour ta réponse . Je reconnais que j'aurais peut être dû poster ma question dans la section physique...

Dans le mécanisme, je comprenais bien l’existence d’un champ électrique (orienté de la jonction n vers la jonction p) au niveau de la jonction p-n initialement à l’équilibre dans le noir. Toutefois, dès lors que la photopile est éclairée et en supposant que ses contacts ne sont pas reliés (circuit ouvert), je ne comprenais pas comment ce que l’on pourrait qualifier de régime transitoire pouvait conduire à un nouvel équilibre avec présence du photocourant.

En effet, une fois la photopile éclairée, le régime transitoire correspondrait finalement au mouvement des porteurs minoritaires de chaque région vers l’interface, jusqu’à annihilation du champ électrique du premier équilibre. Je ne comprenais pas alors comment on pouvait parler d’un courant électrique malgré la production d’électrons de conduction en l’absence de champ pour justement générer le mouvement ordonné de ces électrons. C’est je pense que j’oubliais que le courant de recombinaison initial reste encore vrai et ainsi que sous éclairement ce courant est en compétition avec celui des porteurs minoritaires : on retrouverait donc un équilibre dynamique.

Il me semble alors comprendre le schéma équivalent : une source de courant en parallèle à la photodiode.

Je pense que ma difficulté réside dans la tentative de penser de manière successifs des phénomènes qui en réalité sont simultanés !