Kio estas Fotovoltaika Efekto?

La efekto pro kiu lumenergio estas konvertita al elektra energio en certaj semikondutaj materialoj estas konata kiel fotovolta efekto. Tio rekta konvertas lumenergion al elektra energio sen ajna intermedia procezo. Por demonstri la fotovolta efekton ni supozu blokon de silicio kristalo.
La supra parto de tiu bloko estas dopita per donanto impurajoj kaj la suba parto estas dopita per akceptilo impurajoj. Do la koncentro de libera elektrono estas tre alta en n-tipa regiono kompare kun p-tipa regiono kaj la koncentro de truo estas tre alta en p-tipa regiono kompare kun n-tipa regiono de la bloko. Estos alta koncentra gradienco de porteblaj ŝarĝuloj trans la ligo-linio de la bloko. Liberelektronoj el n-tipa regiono provas difuzi al p-tipa regiono kaj truoj en p-tipa regiono provas difuzi al n-tipa regiono en la kristalo. Tio estas ĉar porteblaj ŝarĝuloj nature ĉiam tendencas difuzi el alta koncentra regiono al malalta koncentra regiono. Ĉiu liberelektrono de n-tipa regiono dum venas al p-tipa regiono pro difuzo, ĝi lasas pozitivan donanton ionon post si en la n-tipa regiono.

Tio estas ĉar ĉiu liberelektrono en n-tipa regiono estas kontribuita de unu neŭtrala donanta atomo. Simile kiam truo estas difuzita de p-tipa regiono al n-tipa regiono, ĝi lasas negativan akceptilon ionon post si en p-tipa regiono.

Ĉar ĉiu truo estas kontribuita de unu akceptila atomo en p-tipa regiono. Ambaŭ tiuj ionoj, nome donantaj ionoj kaj akceptilaj ionoj, estas nemoveblaj kaj fiksaj je sia pozicio en kristalstrukturo. Ne bezonas diri ke tiuj liberelektronoj de n-tipa regiono kiuj estas plej proksimaj al la p-tipa regiono unue difuzas en la p-tipa regiono konsekvence kreas straton de pozitivaj nemoveblaj donantaj ionoj en la n-tipa regiono apud la ligo.

Simile tiuj libere truoj de p-tipa regiono kiuj estas plej proksimaj al la n-tipa regiono unue difuzas en la n-tipa regiono konsekvence kreas straton de negativaj nemoveblaj akceptilaj ionoj en la p-tipa regiono apud la ligo. Tiuj pozitivaj kaj negativaj ionoj koncentras stratojn kreis elektran kampon trans la ligo kiu estas direktita de pozitiva al negativa tio estas de n-tipa flanko al p-tipa flanko. Nun pro la prezento de tiu elektra kampo ŝarĝuloj en la kristalo spertas forton por flui laŭ la direkto de tiu elektra kampo. Kiel ni scias pozitiva ŝarĝo ĉiam fluas laŭ la direkto de la elektra kampo do la pozitive ŝarĝitaj truoj (se iuj) en n-tipa regiono nun fluas al la p-flanko de la ligo.

Aliflanke, negative ŝarĝitaj elektronoj en p-tipa regiono (se iuj) fluas al n-regiono ĉar negativa ŝarĝo ĉiam fluas kontraŭ la direkto de la elektra kampo. Trans p-n ligo difuzado kaj fluo de ŝarĝuloj daŭras. Difuzado de porteblaj ŝarĝuloj kreas kaj pligrandigas la dikanon de la potenciala bariero trans la ligo kaj fluo de la ŝarĝuloj reduktas la dikanon de la bariero. En normala termikekvilibra kondiĉo kaj en absenco de ajna ekstera forto, la difuzado de ŝarĝuloj estas egala kaj kontraŭa al la fluo de ŝarĝuloj do la diko de la potenciala bariero restas fiksita.

Nun la n-tipa surfaco de la silicio kristala bloko estas esponata al la sunlumo. Iuj fotonoj estas absorbataj de la silicio bloko. Iuj el la absorbataj fotonoj havos energion pli grandan ol la energia interspaco inter valenca kaj kondukadabanda de valencaj elektronoj de la silicio atomoj. Do, iuj el la valencaj elektronoj en la kovalenta ligo estos ekscititaj kaj saltos el la ligo lasante truon en la ligo. Per tio elektron-truaj paroj estas generataj en la kristalo pro incidenta lumo. La truoj de tiuj lum-creitaj elektron-truaj paroj en la n-tipa flanko havas sufiĉan probablon rekombozi kun enorma kvanto de elektronoj (plej multaj ŝarĝuloj). Do, sola celo estas tiel disegnita, ke la lum-generitaj elektronoj aŭ truoj ne ricevos sufiĉajn eblecojn rekombozi kun plej multaj ŝarĝuloj.

La semikonduto (silicio) estas tiel dopita ke la p-n ligo formas tre proksime de la esponata surfaco de la celo. Se elektron-trua paro estas kreita ene de unu minoritaro difuzada longeco de la ligo, la elektronoj de la elektron-trua paro fluos al n-tipa regiono kaj la truo de la paro estos balai al p-regiono pro la influo de la elektra kampo de la ligo kaj do en la mezuro ĝi kontribuos al flujo en ekstera cirkvito.

Declaro: Respektu la originalon, bonajn artikolojn valoras kompartigon, se estas enfrakapado bonvolu kontaktu por forigo.