Què és l'efecte fotovoltàic?

L'efecte pel qual l'energia lluminosa es converteix en energia elèctrica en certs materials semiconductors s'anomena efecte fotovoltàic. Aquest converteix directament l'energia lluminosa en electricitat sense cap procés intermedi. Per demostrar l'efecte fotovoltàic, assumim un bloc de cristall de silici.
La part superior d'aquest bloc està dopada amb impuretes donadores i la part inferior amb impuretes acceptores. Per tant, la concentració d'electrons lliures és molt més alta a la regió n que a la regió p, i la concentració de forats és molt més alta a la regió p que a la regió n del bloc. Hi haurà un gradient de concentració elevat de portadors de càrrega a través de la línia de juntura del bloc. Els electrons lliures de la regió n intenten difondre-se a la regió p i els forats de la regió p intenten difondre-se a la regió n del cristall. Això és degut al fet que els portadors de càrrega, per natura, sempre tendeixen a difondre-se des de les regions de major concentració cap a les de menor concentració. Cada electron lliure de la regió n, quan arriba a la regió p per difusió, deixa un ion donador positiu darrere seu a la regió n.

Això és degut al fet que cada electron lliure a la regió n és contribuït per un àtom donador neutral. De manera similar, quan un forat es difon de la regió p a la regió n, deixa un ion acceptor negatiu darrere seu a la regió p.

Ja que cada forat és contribuït per un àtom acceptor a la regió p. Tots dos ions, és a dir, els ions donadors i els ions acceptors, són immobils i fixos a la seva posició a l'estructura cristal·lina. No cal dir que els electrons lliures de la regió n que estan més a prop de la regió p primer es difonen a la regió p, creant una capa d'ions donadors positius immobils a la regió n adjacent a la juntura.

De manera similar, els forats lliures de la regió p que estan més a prop de la regió n primer es difonen a la regió n, creant una capa d'ions acceptors negatius immobils a la regió p adjacent a la juntura. Aquestes capes de concentració d'ions positius i negatius creen un camp elèctric a través de la juntura, que va del costat positiu al negatiu, és a dir, del costat n al costat p. Ara, a causa de la presència d'aquest camp elèctric, els portadors de càrrega al cristall experimenten una força per driftar segons la direcció d'aquest camp elèctric. Com sabem, la càrrega positiva sempre drifta en la direcció del camp elèctric, per tant, els forats carregats positivament (si n'hi ha) a la regió n ara driftaran cap al costat p de la juntura.

D'altra banda, els electrons carregats negativament a la regió p (si n'hi ha) driftaran cap a la regió n, ja que la càrrega negativa sempre drifta en sentit contrari a la direcció del camp elèctric. A través d'una juntura p-n, la difusió i el drift dels portadors de càrrega continua. La difusió dels portadors de càrrega crea i augmenta l'amplada de la barreira de potencial a través de la juntura, i el drift dels portadors de càrrega redueix l'amplada de la barreira. En condicions normals d'equilibri tèrmic i en l'absència de qualsevol força externa, la difusió dels portadors de càrrega és igual i contrària al drift dels portadors de càrrega, per tant, l'amplada de la barreira de potencial roman fixa.

Ara, la superfície de tipus n del bloc de cristall de silici es veu exposada a la llum solar. Alguns dels fòtons són absorbits pel bloc de silici. Algunes dels fòtons absorbits tindran una energia major que la brecha d'energia entre la banda de valència i la banda de conducció dels electrons de valència dels àtoms de silici. Per tant, alguns dels electrons de valència en el vincle covalent seran excitats i saltaran fora del vincle deixant un forat al vincle. D'aquesta manera, es generen parells electrón-forat al cristall a causa de la llum incident. Els forats d'aquests parells electrón-forat generats per la llum a la banda n tenen una probabilitat suficient de recombinar amb els electrons abundants (portadors majoritaris). Per tant, cel·la solar està dissenyada de manera que els electrons o forats generats per la llum no tindran prou oportunitats per recombinar amb els portadors majoritaris.

El semiconductor (silici) està dopat de manera que la juntura p-n es forma molt a prop de la superfície exposada de la cel·la. Si es crea un parell electrón-forat dins d'una longitud de difusió de portadors minoritaris, de la juntura, els electrons del parell electrón-forat driftaran cap a la regió n i el forat del parell serà barrat cap a la regió p a causa de l'influència del camp elèctric de la juntura, i per tant, en mitjana, contribuirà al flux de corrent en un circuit extern.

Declaració: Respecteu l'original, els bons articles mereixen ser compartits, si hi ha infracció contacteu per eliminar.