फोटोवोल्टेजिक प्रभाव क्या है?

कुछ अर्धचालक पदार्थों में प्रकाश ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में बदलने की प्रभाव को प्रकाशविद्युत प्रभाव कहा जाता है। यह प्रक्रिया किसी भी मध्यस्थ प्रक्रिया के बिना प्रकाश ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करती है। प्रकाशविद्युत प्रभाव को दिखाने के लिए एक सिलिकॉन क्रिस्टल के ब्लॉक का ध्यान दें।
इस ब्लॉक के ऊपरी भाग में दाता विषम पदार्थ और निचले भाग में स्वीकार्ता विषम पदार्थ मिलाया गया है। इसलिए n-टाइप क्षेत्र में छुट्टी परमाणुओं की सांद्रता p-टाइप क्षेत्र की तुलना में बहुत अधिक होती है और p-टाइप क्षेत्र में छेदों की सांद्रता n-टाइप क्षेत्र की तुलना में बहुत अधिक होती है। ब्लॉक के जंक्शन रेखा के पार आवेश वाहकों की एक उच्च सांद्रता की ग्रेडिएंट होगी। n-टाइप क्षेत्र से छुट्टी परमाणु p-टाइप क्षेत्र में विसरित होने की कोशिश करते हैं और p-टाइप क्षेत्र से छेद n-टाइप क्षेत्र में विसरित होने की कोशिश करते हैं। यह इसलिए होता है क्योंकि आवेश वाहक स्वभाव से हमेशा उच्च सांद्रता क्षेत्र से निम्न सांद्रता क्षेत्र में विसरित होते हैं। n-टाइप क्षेत्र से छुट्टी परमाणु जब p-टाइप क्षेत्र में विसरित होता है, तो यह n-टाइप क्षेत्र में एक धनात्मक दाता आयन छोड़ देता है।

यह इसलिए होता है क्योंकि n-टाइप क्षेत्र में प्रत्येक छुट्टी परमाणु एक न्यूट्रल दाता परमाणु द्वारा योगदान किया जाता है। इसी तरह, जब p-टाइप क्षेत्र से एक छेद n-टाइप क्षेत्र में विसरित होता है, तो यह p-टाइप क्षेत्र में एक ऋणात्मक स्वीकार्ता आयन छोड़ देता है।

क्योंकि p-टाइप क्षेत्र में प्रत्येक छेद एक स्वीकार्ता परमाणु द्वारा योगदान किया जाता है। दोनों इन आयनों, दाता आयन और स्वीकार्ता आयन, क्रिस्टल संरचना में अपनी स्थिति पर अचल और निश्चित होते हैं। यह कहना अनावश्यक है कि n-टाइप क्षेत्र से p-टाइप क्षेत्र के निकटतम छुट्टी परमाणु सबसे पहले p-टाइप क्षेत्र में विसरित होते हैं और इससे n-टाइप क्षेत्र में जंक्शन के निकट धनात्मक अचल दाता आयनों की एक परत बनती है।

इसी तरह, p-टाइप क्षेत्र से n-टाइप क्षेत्र के निकटतम छेद सबसे पहले n-टाइप क्षेत्र में विसरित होते हैं और इससे p-टाइप क्षेत्र में जंक्शन के निकट ऋणात्मक अचल स्वीकार्ता आयनों की एक परत बनती है। इन धनात्मक और ऋणात्मक आयनों की सांद्रता की परत जंक्शन के पार एक विद्युत क्षेत्र बनाती है जो धनात्मक से ऋणात्मक दिशा में, यानी n-टाइप से p-टाइप ओर दिशा में, दिखाई देता है। अब इस विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति के कारण क्रिस्टल में आवेश वाहक इस विद्युत क्षेत्र की दिशा में ड्रिफ्ट करने का बल अनुभव करते हैं। जैसा कि हम जानते हैं, धनात्मक आवेश हमेशा विद्युत क्षेत्र की दिशा में ड्रिफ्ट करता है, इसलिए n-टाइप क्षेत्र में धनात्मक छेद (अगर कोई हो) अब जंक्शन के p-ओर ड्रिफ्ट करेंगे।

इसके विपरीत, p-टाइप क्षेत्र में ऋणात्मक इलेक्ट्रॉन (अगर कोई हो) n-क्षेत्र में ड्रिफ्ट करेंगे क्योंकि ऋणात्मक आवेश हमेशा विद्युत क्षेत्र की विपरीत दिशा में ड्रिफ्ट करता है। एक p-n जंक्शन पर आवेश वाहकों का विसरण और ड्रिफ्ट जारी रहता है। आवेश वाहकों का विसरण जंक्शन पर विभव बाधा को बनाता है और इसकी मोटाई बढ़ाता है, जबकि आवेश वाहकों का ड्रिफ्ट बाधा की मोटाई को कम करता है। सामान्य तापीय संतुलन में और किसी बाह्य बल की अनुपस्थिति में, आवेश वाहकों का विसरण आवेश वाहकों के ड्रिफ्ट के बराबर और उनके विपरीत होता है, इसलिए विभव बाधा की मोटाई निश्चित रहती है।

अब सिलिकॉन क्रिस्टल ब्लॉक का n-टाइप सतह सूर्य की किरणों को प्रकट की जाती है। कुछ फोटोन सिलिकॉन ब्लॉक द्वारा अवशोषित होते हैं। कुछ अवशोषित फोटोनों की ऊर्जा वैलेंस और चालक बैंड के बीच की ऊर्जा अंतराल से अधिक होती है। इसलिए, कुछ वैलेंस इलेक्ट्रॉन सहसंयोजन बंध से उत्तेजित होकर बंध से बाहर छलांग लगाते हैं और बंध में एक छेद छोड़ देते हैं। इस तरह, प्रकाश से उत्पन्न इलेक्ट्रॉन-छेद युग्म क्रिस्टल में उत्पन्न होते हैं। n-टाइप ओर उत्पन्न छेदों को अत्यधिक इलेक्ट्रॉन (बहुसंख्यक वाहक) के साथ पुनर्योजन करने की पर्याप्त संभावना होती है। इसलिए, सौर सेल इस प्रकार डिजाइन किया गया है कि प्रकाश-उत्पन्न इलेक्ट्रॉन या छेद बहुसंख्यक वाहकों के साथ पुनर्योजन करने के लिए पर्याप्त अवसर नहीं मिलेंगे।

अर्धचालक (सिलिकॉन) इस प्रकार डोपित किया गया है कि p-n जंक्शन सेल की खुली सतह के बहुत निकट बनता है। यदि इलेक्ट्रॉन-छेद युग्म जंक्शन के एक अल्पसंख्यक वाहक विसरण लंबाई के भीतर बनता है, तो इलेक्ट्रॉन-छेद युग्म के इलेक्ट्रॉन n-टाइप क्षेत्र की ओर ड्रिफ्ट करेंगे और छेद युग्म का छेद p-क्षेत्र की ओर जंक्शन के विद्युत क्षेत्र के प्रभाव से स्वप्त हो जाएगा और इससे औसतन, यह बाहरी परिपथ में विद्युत धारा प्रवाह में योगदान देगा।

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