Câu trả lời ELI5 nhiều hơn một chút:
Khi chúng ta chạm vào bất kỳ hai kim loại khác nhau với nhau, chúng sẽ tích điện, một trở nên tích cực, một là tiêu cực. Chúng tạo thành một tụ điện tự sạc, hoặc một cái gì đó giống như pin điện áp thấp. Hiệu ứng này được phát hiện trong những ngày đầu của vật lý, được phát hiện trong các phép đo nhạy cảm của điện tích tĩnh điện. Nó hoạt động giống như sạc lụa tiếp xúc với cao su. Nhưng với kim loại, không cần ma sát. Sau đó, rõ ràng là hai kim loại khác nhau luôn tạo ra cùng một điện áp giữa chúng. (Vâng, tương tự ở nhiệt độ phòng. Điện áp thay đổi một chút theo nhiệt độ.)
Nhưng điện áp này không bao giờ có thể được phát hiện bởi vôn kế. Chúng ta có thể xây dựng các mạch của chúng ta từ đồng, nhôm, sắt, v.v., và đối với mỗi ngã ba nhôm-đồng, sẽ luôn có một ngã ba nhôm-đồng ở một nơi khác. Hiệu ứng sạc kim loại có thể rất lớn, nhưng tổng bằng 0 xung quanh một mạch kín. Đầu cực âm của một "pin" luôn phải đối mặt với cực âm của một cực khác. Nó không phải là một nguồn năng lượng; không phải là một máy chuyển động vĩnh viễn.
Điều gì xảy ra nếu chúng ta va một phiến silicon loại p vào một phiến silicon loại n? Đó là một tụ điện tự sạc, và nó tạo ra khoảng 0,7V giữa các tấm silicon. Một phiến đánh cắp các electron từ bên kia, nhưng chỉ cho đến khi sự khác biệt về năng lượng quỹ đạo của các mạng di động bị hủy bỏ. Lưu ý rằng không cần điốt tại điểm tiếp xúc. Chúng ta có thể sử dụng silicon "kim loại" pha tạp cao n-- và p ++ không thể tạo thành điốt, nhưng khi chạm vào nhau, các tấm vẫn tạo ra khả năng sạc tự phát và khác biệt tiềm năng. Chúng tôi thậm chí có thể hàn silicon p và n với nhau (tấm bạc đầu tiên ở hai đầu, vì vậy hàn sẽ làm ướt chúng), và vẫn có tiềm năng 0,7V xuất hiện.
Tại sao điốt bật ở 0,7V, chứ không phải ở 0 volt? Đó là bởi vì lớp suy giảm của diode luôn có "0,7V" tiếp xúc tự nhiên bên trong. Điện áp giữ cho diode tắt. Trên một diode bị ngắt kết nối, đây không phải là điện áp có thể đo được (bạn sẽ không bao giờ phát hiện ra nó trực tiếp, không phải không đo các trường điện tử xung quanh các cực của diode.) Heh, nếu chúng ta có thể tạo ra điốt từ sắt và đồng, thì các điốt đó sẽ biến về sự khác biệt tiềm năng sắt-đồng tự nhiên mà tất cả các mối nối sắt-đồng thể hiện.
Khi chúng ta đặt một điện áp bên ngoài để phân cực thuận tiếp giáp diode, diode sẽ bật khi điện áp bên ngoài hủy bỏ điện áp vô hình tích hợp không đổi. Nói cách khác, điốt chỉ bật khi chúng ta giảm điện áp tiếp xúc "vô hình" xuống gần bằng 0: rút ngắn nó.
Tất cả điều này kết nối với nhiều hiệu ứng khác. Nếu chúng ta tạo ra một vòng kim loại kín, một nửa vòng đồng được nối với một nửa vòng sắt, sau đó nung nóng một trong các mối nối, nhiều mA hoặc có lẽ ampe sẽ chảy, vì hai điện áp "vô hình" không còn giống nhau và sự khác biệt nhỏ tạo ra một dòng điện lớn trong mạch. Nói cách khác, điện áp cặp nhiệt điện chỉ là một phần nhỏ của "điện áp vô hình" kỳ diệu này, điện áp nhiệt phát sinh do mất cân bằng. Chúng tôi chỉ phát hiện sự mất cân bằng, nhưng không phải là sự khác biệt tiềm năng ban đầu luôn xuất hiện giữa hai kim loại.
Chúng ta có thể sản xuất lạnh: một tủ lạnh bán dẫn. Nếu chúng ta hàn bất kỳ silicon loại p nào chống lại loại n, sau đó buộc qua một dòng điện ngược nơi các lỗ trống chảy ra khỏi các điện tử, thì kết nối p-to-n trở nên lạnh và các tiếp xúc kim loại ở nơi khác trở nên ấm áp như nhau. Lưu ý rằng không có diode được hình thành, vì hai khối silicon riêng biệt được kết nối bằng cách hàn. Hoán đổi các đạo trình và thay vào đó các tiếp xúc kim loại trở nên mát mẻ, trong khi các mối hàn pn-hàn nóng lên như nhau.
Ngoài ra, điều này có nghĩa là pin mặt trời không hoạt động như hầu hết mọi người tưởng tượng. Bên trong pin mặt trời tối, ngã ba pn có sự khác biệt tiềm năng 0,7V tự nhiên. Ở những nơi khác trong mạch chúng ta tìm thấy sự khác biệt trái ngược (có lẽ được tìm thấy chủ yếu ở các điểm tiếp xúc kim loại với chất bán dẫn.) Tất cả đều cộng với không. Vì vậy, khi ánh sáng chiếu vào ngã ba, tiềm năng tiếp giáp bị rút ngắn! Sau đó, tất cả các khác biệt tiềm năng khác từ các phần khác của mạch sẽ cung cấp các trường điện tử buộc các điện tích chảy. Các mối nối pn pin mặt trời được chiếu sáng không cung cấp điện áp. Kỳ dị! Thay vào đó, các tiếp điểm kim loại của dây dẫn cung cấp điện áp và tiếp giáp pn được chiếu sáng cung cấp điện áp bị thiếu:một sự kỳ lạ không tìm thấy trong bất kỳ mạch bình thường. Khi một vôn kế (làm bằng đồng, hàn, silicon, v.v.) được kết nối với pin mặt trời, điện thế tiếp giáp bị thiếu của mối nối pn cho phép chúng ta đo tổng tiềm năng của tất cả các mối nối dây dẫn khác. (Hoặc, thay vào đó, chúng ta có thể có chế độ xem vi mô và nói rằng các photon bị hấp thụ đang nâng mức năng lượng của điện tích di động trong đường giao nhau, cho phép chúng vượt qua nó, ngay cả khi trường điện tử mạnh của 0,7V tự nhiên cố gắng để đẩy lùi chúng một lần nữa. Lũ lụt của các tàu sân bay năng lượng cao đã rút ngắn đường giao nhau, xả tụ điện tự sạc.)
Nhưng tại sao hai kim loại khác nhau tích điện khi chạm vào nhau?
Đó là bởi vì ngay cả hai nguyên tử kim loại đơn độc cũng tích điện khi chạm vào nhau. Mức năng lượng của các quỹ đạo của nguyên tử kim loại khác nhau không giống nhau. Nếu chạm vào nhau, một nguyên tử có xu hướng đánh cắp các electron từ bên kia ... nhưng chỉ đủ để hủy bỏ sự khác biệt về mức độ quỹ đạo. Thay vì các nguyên tử đơn lẻ, thay vào đó, chúng ta sử dụng hai chuỗi nguyên tử kim loại dài, một đồng và một sắt, sau đó khi hai đầu của chúng chạm nhau, một chuỗi sẽ đánh cắp các electron từ bên kia, cho đến khi giá trị điện áp vô hình kỳ diệu xuất hiện giữa các chuỗi . Hoạt động cho kim loại, hoạt động cho chất bán dẫn. Thuật ngữ tìm kiếm: chức năng làm việc của kim loại và sự khác biệt chức năng công việc của mối nối kim loại.
[Coi chừng, đây là câu trả lời ELI5 của lớp học xấp xỉ đầu tiên. Như đã đề cập ở đây, tiềm năng bật diode chỉ tỷ lệ thuận với sự khác biệt về chức năng công việc, không bằng nó. Các điốt bị ngắt kết nối không thực sự có dòng tiếp giáp bằng 0, thay vào đó chúng có dòng khuếch tán sóng mang bằng nhau và ngược chiều.]