Mikä on valokimmoisuusvaikutus?

Valoenergian muunnos sähköenergiaksi tietyissä puolijohteissa tunnetaan valosähkövaikutuksena. Tämä muuntaa valoenergian sähköenergiaksi suoraan ilman välivaiheita. Valosähkövaikutuksen demonstroimiseksi otetaan käyttöön silikonikrystalin palanen.
Palan yläosa on doppattu antajainpuutteilla ja alaosan taas hyväksyjäimpureilla. Näin ollen vapaiden elektronien pitoisuus n-tyypin alueessa on huomattavasti suurempi verrattuna p-tyypin alueeseen, ja vastaavasti p-tyypin alueessa on huomattavasti enemmän tyhjiä kuin n-tyypin alueessa. Tämä luo suuren pitoisuuseron latausten kuljettajille palan yhtymälinjan yli. Vapaat elektronit n-tyypin alueesta pyrkivät diffundoimaan p-tyypin alueelle ja tyhjiöt p-tyypin alueesta pyrkivät diffundoimaan n-tyypin alueelle krystalissa. Tämä johtuu siitä, että latausten kuljettajat luonnostaan pyrkivät diffundoimaan korkeasta pitoisuuden alueesta matalampaan pitoisuuden alueeseen. Kun vapaat elektronit n-tyypin alueesta tulevat p-tyypin alueelle diffuusion myötä, ne jättävät positiivisen antajionin takanaan n-tyypin alueelle.

Tämä johtuu siitä, että jokainen vapaa elektroni n-tyypin alueessa on tuotettu yhdestä neutraalista antajiatomista. Samoin, kun tyhjiö diffundoituu p-tyypin alueelta n-tyypin alueelle, se jättää negatiivisen hyväksyjäionin takanaan p-tyypin alueelle.

Koska jokainen tyhjiö on tuotettu yhdestä hyväksyjäatomista p-tyypin alueessa. Molemmat nämä ionit, eli antajionit ja hyväksyjäionit, ovat liikkumattomia ja kiinteytyneet paikoilleen krystaalirakenteessa. On itsestään selvää, että n-tyypin alueen elektronit, jotka ovat lähinnä p-tyypin aluetta, diffundoivat ensin p-tyypin alueelle ja luovat siten kiinteän positiivisen antajionikerroksen n-tyypin alueelle yhtymälinjan vieressä.

Samoin p-tyypin alueen tyhjiöt, jotka ovat lähimmäksi n-tyypin alueelle, diffundoivat ensin n-tyypin alueelle ja luovat siten kiinteän negatiivisen hyväksyjäionikerroksen p-tyypin alueelle yhtymälinjan vieressä. Nämä positiiviset ja negatiiviset ionikerrokset luovat sähkökentän yhtymälinjan yli, joka suuntautuu positiivisesta negatiiviseen, eli n-tyypin puolelta p-tyypin puolelle. Nyt tämän sähkökentän läsnäolosta latausten kuljettajat krystalissa kokevat voiman, joka aiheuttaa niiden drifttityksen tämän sähkökentän suuntaan. Kuten tiedämme, positiivinen lataus aina drifttii sähkökentän suuntaan, joten positiivisesti ladattujen tyhjiöiden (jos sellaisia on) n-tyypin alueella drifttivät nyt yhtymälinjan p-puolelle.

Toisaalta, negatiivisesti ladatut elektronit p-tyypin alueella (jos sellaisia on) drifttivät n-alueelle, koska negatiivinen lataus aina drifttii sähkökentän suuntaan päinvastaiseen. p-n-yhtymässä latausten kuljettajien diffuusio ja driftti jatkuu. Latausten kuljettajien diffuusio luo ja lisää potentiaalijärjestelmän paksuuden yhtymälinjan yli, ja latausten kuljettajien driftti vähentää tämän esteen paksuutta. Normaalissa termodynaamisessa tasapainossa ja ulkoisten voimien puuttuessa latausten kuljettajien diffuusio on yhtä suuri ja vastakkainen latausten kuljettajien drifttiin, joten potentiaalijärjestelmän paksuus pysyy vakiona.

Nyt silikonikrystalin n-tyypinen pinta altistetaan auringonvalolle. Jotkut fotonit absorboituvat silikonipalan sisään. Jotkut absorboituneista fotoneista ovat energisempiä kuin energiaraja valuens- ja johtojenkien välillä silikoniatomin valuensilevyjen välillä. Tämän vuoksi jotkut valuensielektronit herätetään ja hypähtävät pois sidoksesta jättäen tyhjiön sidokseen. Tällä tavoin elektroni-tyhjiöparit luodaan kristallissa tapahtuvan valon vaikutuksesta. N-tyypin puolen valolla luodut tyhjiötillä on riittävä mahdollisuus rekombinoitua useisiin elektroneihin (ennemmistölle). Siksi aurinkopaneeli on suunniteltu niin, että valolla luodut elektronit tai tyhjiöt eivät saa riittäviä mahdollisuuksia rekombinoitua ennemmistöllä.

Puolijohtija (silikkiini) on doppattu niin, että p-n-yhtymä muodostuu hyvin lähellä solun altistettua pintaa. Jos elektroni-tyhjiöpari luodaan enemmistölle kuljettajan diffuusipituuden sisällä yhtymälinjasta, elektronit elektroni-tyhjiöparista drifttivät n-tyypin alueelle ja tyhjiö parista ajautuu p-alueelle yhtymälinjan sähkökentän vaikutuksen myötä, ja siten keskimäärin se osallistuu virtaan ulkoisessa piirissä.

Lause: Kunnioita alkuperäistä, hyviä artikkeleja on jaettava, jos loukkaus ilmenee, ota yhteyttä poistaaksesi.