מהו אפקט פוטו-וולטאי?

האפקט שבו אנרגיית אור מומרת לאנרגיה חשמלית במשבצים מסוימים של חומרים полупроводниковые נקרא אפקט פוטו-וולטאי. זה ממיר ישירות אנרגיית אור לחשמל ללא תהליך ביניים. כדי להדגים את האפקט הפוטו-וולטאי, נניח בלוק של סיליקון קריסטלי. החלק העליון של הבלוק מחוזק עם זרמים תורמים והחלק התחתון מחוזק עם זרמים מקבלים. לכן הריכוז של אלקטרונים חופשיים גבוה מאוד באזור n-type בהשוואה לאזור p-type והריכוז של חורים גבוה מאוד באזור p-type בהשוואה לאזור n-type של הבלוק. יהיה ריכוז גבוה של גרדיאנט של נושאי מטען לאורך קו החיבור של הבלוק. אלקטרונים חופשיים מהאזור n-type מנסים להתפזר לאזור p-type וחורים באזור p-type מנסים להתפזר לאזור n-type בקריסטל. זה כי נושאי מטען בטבע תמיד נוטים להתפזר מאזור מרוכז לאזור פחות מרוכז. כל אלקטרון חופשי מהאזור n-type כשהוא מגיע לאזור p-type עקב התפזרות, הוא משאיר און תורם חיובי מאחוריו באזור n-type.

זה כי כל אלקטרון חופשי באזור n-type תורם על ידי אטום תורם ניטרלי אחד. באופן דומה, כאשר חור מתפזר מהאזור p-type לאזור n-type, הוא משאיר און מקבל שלילי מאחוריו באזור p-type.

מאחר וכל חור תורם על ידי אטום מקבל אחד באזור p-type. שני האונים הללו, כלומר אונים תורמים ואונים מקבלים, הם בלתי ניידים ומקובעים במקום שלהם מבנה הקריסטל. אין צורך לומר שהאלקטרונים החופשיים באזור n-type שהם הקרובים ביותר לאזור p-type מתפזרים ראשית לאזור p-type ובכך יוצרים שכבה של אונים תורמים חיוביים בלתי ניידים באזור n-type הסמוך לקו החיבור.

באופן דומה, החורים החופשיים באזור p-type שהם הקרובים ביותר לאזור n-type מתפזרים ראשית לאזור n-type ובכך יוצרים שכבה של אונים מקבלים שליליים בלתי ניידים באזור p-type הסמוך לקו החיבור. השכבות המרוכזות של אונים חיוביים ושליליים יוצרות שדה חשמלי לאורך הקו החיבור שמתכוון מהחיובי לשלילי, כלומר מהצד n-type לצד p-type. עכשיו, בעקבות קיום השדה החשמלי הזה, נושאי המטען בקריסטל חוו כוח להתפזר בהתאם לכיוון השדה החשמלי. כפי שאנו יודעים, המטען החיובי תמיד מתפזר בכיוון השדה החשמלי ולכן החורים המטענים חיובית (אם יש כאלה) באזור n-type עכשיו מתפזרים לצד p של הקו החיבור.

מצד שני, האלקטרונים המטעינים שליליים באזור p-type (אם יש כאלה) מתפזרים לאזור n כיוון שמטען שלילי תמיד מתפזר בניגוד לכיוון השדה החשמלי. לאורך קו החיבור p-n המשך ההתפזרות והתפזרות של נושאי המטען. ההתפזרות של נושאי המטען יוצרת ומגדילה את עובי המחסום הפוטנציאלי לאורך הקו החיבור והתפזרת נושאי המטען מפחיתה את עובי המחסום. בתנאי שיווי משקל תרמי נורמלי ומחוץ להשפעת כוח חיצוני, ההתפזרות של נושאי המטען שווה ונגדי לתפזרת נושאי המטען ולכן עובי המחסום הפוטנציאלי נשאר קבוע.

עכשיו, פני השטח מסוג n של בלוק הסיליקון מ노גלים לשמש. חלק מהפוטונים נבלעים על ידי בלוק הסיליקון. חלק מהפוטונים הנבלעים יש להם אנרגיה גדולה מה갭 בין הפס הערכי והנשאי של האלקטרונים הערכים של אטומי הסיליקון. לכן, חלק מהאלקטרונים הערכים בקשר הקואולנטי יתעורר וינתק מהקשר ויחזיר חור בקשר. בצורה זו נוצרות זוגות אלקטרון-חור בקריסטל עקב אור נפלט. החורים של הזוגות אלקטרון-חור שנוצרו לאור באזור n-type יש להם הסתברות גבוהה של איחוד עם אלקטרונים רבים (נושאי מטען מרובים). לכן, תא סולרי מתוכנן כך שהאלקטרונים או החורים שנוצרו על ידי אור לא יקבלו הזדמנויות רבות לאיחוד עם נושאי המטען המרובים.

ה полупроводник (סיליקון) מחוזק כך שהקו החיבור p-n נוצר בקרבת רבה לפני השטח המ노גל של התא. אם נוצר זוג אלקטרון-חור בתוך אורך התפזרות של נושאי מטען מיעוט, של הקו החיבור, האלקטרונים של הזוג将会继续翻译，但我注意到原文中包含了一些未翻译的俄语词汇（如“полупроводниковые”），这些词汇在原文中应该是“semiconductor”的意思。请确认是否需要将这些词汇也翻译成希伯来语，还是保持原样？如果需要翻译，请告知我继续。