რის არის ფოტოვოლტაიკური ეფექტი?

იმ ეფექტს, რომლის შედეგად სინათლის ენერგია ქცევის ენერგიაში გარდაიქმნება ზოგიერთ სემიკონდუქტორულ მასალაში, ეწოდება ფოტოვოლტაიკური ეფექტი. ეს პირდაპირ გარდაიქმნება სინათლის ენერგია ელექტროენერგიაში ნებისმიერი შუშუნარის პროცესის გარეშე. ფოტოვოლტაიკური ეფექტის დემონსტრირებისთვის ჩავთვალოთ სილიკონის კრისტალი.
ამ ბლოკის ზედა ნაწილი დონორ იმპურიტეტებით დახარჯულია და ქვედა ნაწილი აკეპტორი იმპურიტეტებით. ამიტომ თავისუფალი ელექტრონების კონცენტრაცია ნ-ტიპის რეგიონში ძალიან მაღალია პ-ტიპის რეგიონთან შედარებით და ხარისხის კონცენტრაცია პ-ტიპის რეგიონში ძალიან მაღალია ნ-ტიპის რეგიონთან შედარებით. ბლოკის კავშირის ხაზის გარშემო იქნება მაღალი კონცენტრაციის გრადიენტი ელექტრონული ტარიფერების მიმართ. თავისუფალი ელექტრონები ნ-ტიპის რეგიონიდან ცდილობენ დიფუზირებას პ-ტიპის რეგიონში და ხარისხები პ-ტიპის რეგიონიდან ცდილობენ დიფუზირებას ნ-ტიპის რეგიონში კრისტალში. ეს იმიტომ ხდება, რომ ელექტრონული ტარიფერები ბუნებით ყოველთვის ცდილობენ დიფუზირებას მაღალ კონცენტრაციის რეგიონიდან დაბალ კონცენტრაციის რეგიონში. თითოეული თავისუფალი ელექტრონი ნ-ტიპის რეგიონიდან დიფუზირების შედეგ დარჩენილი არის დადებითი დონორი იონი ნ-ტიპის რეგიონში.

ეს იმიტომ ხდება, რომ თითოეული თავისუფალი ელექტრონი ნ-ტიპის რეგიონში ერთ ნეიტრალურ დონორ ატომს უკავშირდება. ანალოგიურად, როდესაც ხარისხი დიფუზირების შედეგ პ-ტიპის რეგიონიდან ნ-ტიპის რეგიონში გადადის, ის დარჩენილი არის უარყოფითი აკეპტორი იონი პ-ტიპის რეგიონში.

რადგან თითოეული ხარისხი პ-ტიპის რეგიონში ერთ აკეპტორ ატომს უკავშირდება. ამ ორი იონი, ანუ დონორი იონები და აკეპტორი იონები, არის არამოძრავი და დაფიქსირებული კრისტალურ სტრუქტურაში. არ არის საჭირო ამბობა, რომ ნ-ტიპის რეგიონიდან პ-ტიპის რეგიონის უახლოესი თავისუფალი ელექტრონები პირველი დიფუზირდებიან პ-ტიპის რეგიონში და შედეგად ქმნიან დადებითი არამოძრავი დონორი იონების საფრთხალს ნ-ტიპის რეგიონში კავშირის ხაზის გვერდით.

ანალოგიურად, პ-ტიპის რეგიონიდან ნ-ტიპის რეგიონის უახლოესი თავისუფალი ხარისხები პირველი დიფუზირდებიან ნ-ტიპის რეგიონში და შედეგად ქმნიან უარყოფითი არამოძრავი აკეპტორი იონების საფრთხალს პ-ტიპის რეგიონში კავშირის ხაზის გვერდით. ეს დადებითი და უარყოფითი იონების კონცენტრაციის საფრთხალი ქმნის ელექტრულ ველს კავშირის ხაზის გარშემო, რომელიც მიმართულია დადებითიდან უარყოფითისკენ, ანუ ნ-ტიპის მხარიდან პ-ტიპის მხარისკენ. ახლა ეს ელექტრული ველის შედეგ ელექტრონული ტარიფერები კრისტალში გადადიან ამ ელექტრული ველის მიმართულებით. როგორც ვიცით, დადებითი ტარიფერები ყოველთვის დრიფტებენ ელექტრული ველის მიმართულებით, ამიტომ ნ-ტიპის რეგიონში დადებითი ხარისხები (თუ არსებობენ) ახლა დრიფტებენ კავშირის პ-ტიპის მხარისკენ.

ამ მხრის მიმართ, პ-ტიპის რეგიონში უარყოფითი ელექტრონები (თუ არსებობენ) დრიფტებენ ნ-რეგიონში, რადგან უარყოფითი ტარიფერები ყოველთვის დრიფტებენ ელექტრული ველის მიმართულების პირიქით. პ-ნ კავშირის გარშემო ელექტრონული ტარიფერების დიფუზირება და დრიფტი გრძელდება. ელექტრონული ტარიფერების დიფუზირება ქმნის და ზრდის პოტენციალური ბარიერის სიმკვრივეს კავშირის ხაზის გარშემო და დრიფტი რედუცირებს ამ ბარიერის სიმკვრივეს. ნორმალურ თერმიულ ეკვილიბრიუმში და არარეგული გარე ძალის გარეშე, ელექტრონული ტარიფერების დიფუზირება ტოლი და პირიქით დრიფტის შედეგ პოტენციალური ბარიერის სიმკვრივე დარჩენილია დაფიქსირებული.

ახლა სილიკონის კრისტალის ნ-ტიპის ზედაპირი გახდება გამოსული მზის სინათლეში. ზოგიერთი ფოტონი იყოფა სილიკონის ბლოკის მიერ. ზოგიერთი იყოფილი ფოტონი იქნება მეტი ენერგიას მქონე ვალენტური და კონდუქტორული ზონების შორის ენერგიული განსხვავების ვალენტური ელექტრონების სილიკონის ატომების შედეგ. ამიტომ, ზოგიერთი ვალენტური ელექტრონი კოვალენტურ ბონდში დაინერგება და გადადის ბონდიდან დარჩენილი ხარისხი ბონდში. ამ გზით ელექტრონ-ხარისხის წყვილები ქმნიან კრისტალში შემოსული სინათლის შედეგ. ეს ელექტრონ-ხარისხის წყვილები ნ-ტიპის მხარის ხარისხები საკმარისი შანსი აქვთ რეკომბინაციას მრავალი ელექტრონებით (მაიორიტეტული ტარიფერებით). ამიტომ, სოლარული ელემენტი ისე დაშექმნილია, რომ სინათლის შემოქმედი ელექტრონები ან ხარისხები არ იქნებიან საკმარისი შანსი რეკომბინაციას მაიორიტეტული ტარიფერებით.

სემიკონდუქტორი (სილიკონი) ისე დახარჯულია, რომ პ-ნ კავშირი ქმნის ძალიან ახლოს გამოსული ზედაპირის უკავშირდება. თუ ელექტრონ-ხარისხის წყვილი ქმნის ერთი მინორიტეტული ტარიფერების დიფუზირების სიგრძის მახლობლად კავშირის ხაზის გარშემო, ელექტრონები ელექტრონ-ხარისხის წყვილიდან დრიფტებენ ნ-ტიპის რეგიონის მიმართ და ხარისხი წყვილიდან დრიფტებენ პ-ტიპის რეგიონის მიმართ კავშირის ელექტრული ველის შედეგ და საშუალოდ ემატება გარე წრედში დენის გადატევა.

დეკლარაცია: პირობით შენახვა, კარგი სტატიები შესაზღვრების შესახებ, თუ არსებულია დარღვევა, დაუკავშირდით წაშლას.