Una risposta leggermente più ELI5:
Quando tocchiamo insieme due metalli diversi , si caricano, uno diventa positivo, l'altro negativo. Formano un condensatore autocaricante o qualcosa di simile a una batteria a bassa tensione. Questo effetto è stato rilevato nei primi giorni della fisica, scoperto durante le misurazioni sensibili della carica elettrostatica. Si comportava in modo molto simile al contatto con la carica di seta strofinata contro la gomma. Ma con i metalli non era necessario alcun attrito. Più tardi divenne chiaro che due metalli diversi producono sempre la stessa tensione tra di loro. (Bene, lo stesso a temperatura ambiente. La tensione cambia leggermente con la temperatura.)
Ma questa tensione non può mai essere rilevata dai voltmetri. Possiamo costruire i nostri circuiti in rame, alluminio, ferro, ecc., E per ogni giunzione rame-alluminio, ci sarà sempre una giunzione alluminio-rame da qualche altra parte. L'effetto di carica dei metalli potrebbe essere molto grande, ma si somma esattamente a zero attorno a un circuito chiuso. Il terminale neg di una "batteria" è sempre rivolto verso il terminale neg di un'altra. Non è una fonte di energia; non una macchina a moto perpetuo.
E se sbattiamo una lastra di silicio di tipo p contro una lastra di silicio di tipo n? È un condensatore autocaricante e produce circa 0,7 V tra le lastre di silicio. Una lastra ruba elettroni dall'altra, ma fino a quando la differenza nelle energie dell'orbita dei portatori mobili viene annullata. Si noti che non è necessario formare diodi nel punto di contatto. Potremmo usare silicio "metallico" ad alto drogaggio n-- e p ++ che non può formare diodi, ma quando vengono toccati insieme, le lastre producono ancora quella carica spontanea e la potenziale differenza. Potremmo persino saldare insieme il silicio n (il primo piatto d'argento alle estremità, quindi la saldatura li bagnerà), e tuttavia appare quel potenziale di 0,7 V.
Perché i diodi si accendono a 0,7 V, anziché a zero volt? È perché lo strato di esaurimento del diodo ha sempre quel "contatto con metalli diversi" spontaneo 0,7 V all'interno. La tensione mantiene il diodo spento. Su un diodo disconnesso questa non è una tensione misurabile (non la rileverai mai direttamente, non senza misurare i campi elettronici che circondano i terminali del diodo.) Eh, se potessimo formare diodi da ferro e rame, quei diodi invece girerebbero alla differenza di potenziale ferro-rame naturale che presentano tutte le giunzioni ferro-rame.
Quando applichiamo una tensione esterna per polarizzare in avanti la giunzione del diodo, il diodo si accende quando la tensione esterna annulla la tensione invisibile incorporata costante. In altre parole, i diodi si accendono solo quando abbiamo ridotto la tensione di giunzione "invisibile" a quasi zero: cortocircuitata.
Tutto ciò si collega a molti altri effetti. Se creiamo un anello metallico chiuso, un semianello di rame collegato a un semianello di ferro, quindi riscaldiamo una delle giunzioni, scorreranno molti mA o forse amplificatori, poiché le due tensioni "invisibili" non sono più le stesse e la piccola differenza produce una grande corrente nel circuito. In altre parole, le tensioni della termocoppia sono solo un piccolo residuo di questa magica "tensione invisibile", la tensione termica che sorge a causa di uno squilibrio. Rileviamo solo lo squilibrio, ma non la differenza di potenziale originale che appare sempre tra due metalli.
Possiamo produrre freddo: un frigorifero a semiconduttore. Se saldiamo qualsiasi tipo di silicio di tipo p contro il tipo di n, quindi forziamo attraverso una corrente inversa in cui i fori scorrono lontano dagli elettroni, quindi la connessione da p a n diventa fredda e i contatti metallici altrove diventano ugualmente caldi. Si noti che non è stato formato alcun diodo, poiché due blocchi di silicio separati sono stati collegati mediante saldatura. Scambia i cavi e invece i contatti metallici si raffreddano, mentre la giunzione pn-saldatura si riscalda allo stesso modo.
Inoltre, ciò significa che le celle solari non funzionano come la maggior parte della gente immagina. All'interno della cella solare scura, la giunzione pn ha una differenza di potenziale naturale di 0,7 V. Altrove nel circuito troviamo differenze opposte (probabilmente trovate principalmente nei contatti metallici con il semiconduttore). Si sommano tutte fino a zero. Quindi, quando la luce colpisce la giunzione, il potenziale di giunzione viene messo in corto circuito! Quindi, tutte le altre differenze di potenziale rispetto alle altre parti del circuito forniranno i campi elettronici che costringono le cariche a fluire. Le giunzioni pn delle celle solari illuminate non forniscono tensione. Strano! Invece, i contatti metallici dei fili forniscono la tensione e la giunzione pn illuminata fornisce una tensione mancante:una stranezza che non si trova in nessun circuito normale. Quando un voltmetro (fatto di rame, saldatura, silicio, ecc.) È collegato a una cella solare, il potenziale di giunzione mancante della giunzione pn ci consente di misurare il potenziale totale di tutte le altre giunzioni dei conduttori presenti. (O, invece, potremmo prendere la micro-vista e dire che i fotoni assorbiti stanno elevando il livello di energia delle cariche mobili nella giunzione, permettendo loro di attraversarlo, anche quando il forte campo elettronico del naturale 0,7 V prova per respingerli di nuovo. L'alluvione di vettori mobili ad alta energia ha messo in corto circuito la giunzione, scaricando il condensatore auto-caricato.)
Ma perché due metalli diversi si caricano quando vengono toccati insieme?
È perché anche due atomi di metallo solitario si caricano anche quando vengono toccati insieme. I livelli di energia dei diversi orbitali dell'atomo di metallo non sono gli stessi. Se toccato insieme, un atomo tende a rubare elettroni dall'altro ... ma quanto basta per annullare la differenza nei livelli orbitali. Piuttosto che singoli atomi, se invece usassimo due lunghe catene di atomi di metallo, uno di rame e uno di ferro, quando le loro estremità si toccassero, una catena avrebbe rubato elettroni dall'altra, fino a quando il magico valore di tensione invisibile appariva tra le catene . Lavori per metalli, lavori per semiconduttori. Termine di ricerca: funzione lavoro dei metalli e differenza funzione lavoro delle giunzioni metalliche.
[Attenzione, questa è una risposta ELI5 della prima elementare per l'approssimazione. Come accennato qui, i potenziali di attivazione dei diodi sono solo proporzionali alla differenza tra le funzioni di lavoro, non uguali. I diodi disconnessi in realtà non hanno corrente di giunzione zero, ma hanno correnti di diffusione portanti uguali e opposte.]