Ano ang Photovoltaic Effect?

Ang epekto kung saan ang enerhiya ng liwanag ay nakakapag-convert sa elektrikong enerhiya sa ilang materyales ng semiconductor ay kilala bilang photovoltaic effect. Ito ay direktang nagco-convert ng enerhiya ng liwanag sa kuryente nang walang anumang intermediate na proseso. Para ipakita ang photovoltaic effect isang bloke ng silicon crystal ang ating isasangguni.
Ang itaas na bahagi ng bloke ay dinede-dope ng donor impurities at ang ibabaw na bahagi ay dinede-dope ng acceptor impurities. Kaya ang concentration ng mga libreng electrons ay mataas sa rehiyon ng n-type kumpara sa p-type rehiyon at ang concentration ng mga butas ay mataas sa rehiyon ng p-type kumpara sa n-type rehiyon ng bloke. May magiging mataas na concentration gradient ng charge carriers sa buong linya ng junction ng bloke. Ang mga libreng electrons mula sa n-type rehiyon ay sumusubok na lumipat sa p-type rehiyon at ang mga butas sa p-type rehiyon ay sumusubok na lumipat sa n-type rehiyon sa kristal. Ito ay dahil ang mga charge carriers ay may natural na tendensya na lumipat mula sa mataas na concentration region patungo sa mababang concentration region. Bawat libreng electron mula sa n-type rehiyon habang lumilipat sa p-type rehiyon dahil sa diffusion, iniwan nito ang isang positibong donor ion sa likod nito sa n-type rehiyon.

Ito ay dahil bawat libreng electron sa n-type rehiyon ay inilapat ng isang neutral na donor atom. Pari-pari rin kapag ang isang butas ay lumilipat mula sa p-type rehiyon patungo sa n-type rehiyon, iniwan nito ang isang negatibong acceptor ion sa likod nito sa p-type rehiyon.

Dahil bawat butas ay inilapat ng isang acceptor atom sa p-type rehiyon. Ang parehong ions na ito, na donor ions at acceptor ions, ay hindi mobile at nakaposisyon sa kanilang lugar sa crystal structure. Walang pangangailangan na sabihin na ang mga libreng electrons ng n-type rehiyon na malapit sa p-type rehiyon unang lumilipat sa p-type rehiyon at kaya naglalagay ng isang layer ng positibong hindi mobile na donor ions sa n-type rehiyon na malapit sa junction.

Parehong paraan, ang mga libreng butas ng p-type rehiyon na malapit sa n-type rehiyon unang lumilipat sa n-type rehiyon at kaya naglalagay ng isang layer ng negatibong hindi mobile na acceptor ions sa p-type rehiyon na malapit sa junction. Ang positive at negative ions concentration layer ay lumilikha ng isang electric field sa buong junction na naka-direct mula sa positibo patungo sa negatibo, o mula sa n-type side patungo sa p-type side. Ngayon, dahil sa pagkakaroon ng electric field na ito, ang mga charge carriers sa kristal ay nakakaranas ng puwersa upang lumipat ayon sa direksyon ng electric field na ito. Bilang alam natin, ang positibong charge ay laging lumilipat sa direksyon ng electric field, kaya ang positibong charged holes (kung mayroon) sa n-type rehiyon ngayon ay lumilipat patungo sa p-side ng junction.

Sa kabilang banda, ang negatibong charged electrons sa p-type rehiyon (kung mayroon) ay lumilipat patungo sa n-region dahil ang negatibong charge ay laging lumilipat kabaligtaran sa direksyon ng electric field. Sa buong p-n junction ang diffusion at drift ng charge carriers ay patuloy. Ang diffusion ng charge carriers ay lumilikha at lumalago ang thickness ng potential barrier sa buong junction at ang drift ng charge carriers ay binabawasan ang thickness ng barrier. Sa normal na thermal equilibrium condition at sa wala namang external force, ang diffusion ng charge carrier ay pantay at kabaligtaran ng drift ng charge carriers kaya ang thickness ng potential barrier ay nananatiling fixed.

Ngayon, ang n-type surface ng silicon crystal block ay inilalantad sa araw. Ang ilang mga photon ay inaabosorb ng silicon block. Ang ilang mga inaabosorb na photon ay may enerhiyang mas mataas kaysa sa enerhiya gap sa pagitan ng valence at conduction band ng mga valence electrons ng silicon atoms. Kaya, ang ilang mga valence electrons sa covalent bond ay mai-excite at lumilipat palabas mula sa bond na iniwan ang isang butas sa bond. Sa ganitong paraan, ang electron-hole pairs ay ginagawa sa kristal dahil sa incident light. Ang mga butas ng mga light generated electron-hole pairs sa n-type side ay may sapat na probabilidad ng recombination sa mga sobrang electrons (majority carriers). Kaya, ang solar cell ay gawa sa paraang ang light-generated electrons o butas ay hindi makakakuha ng sapat na pagkakataon upang recombine sa majority carriers.

Ang semiconductor (silicon) ay dinode-dope upang ang p-n junction ay nabubuo sa napakalapit na vicinity ng inilalantad na surface ng cell. Kung ang isang electron hole pair ay nabubuo sa loob ng isang minority carrier diffusion length, ng junction, ang electrons ng electron-hole pair ay lilipat patungo sa n-type rehiyon at ang butas ng pair ay isisilip sa p rehiyon dahil sa impluwensiya ng electric field ng junction at kaya sa average, ito ay magkontributo sa current flow sa isang external circuit.

Statement: Respetuhin ang original, mga magagandang artikulo na karapat-dapat na ibahagi, kung may paglabag sa copyright paki-delete.