Kas ir fotovoltaisks efekts?
Efekts, ar kuru gaismas enerģija tiek pārveidota uz elektrisku enerģiju noteiktos poluprovodītāja materiālos, pazīstams kā fotoelektriskais efekts. Tas tieši pārveido gaismas enerģiju uz elektroenerģiju bez jebkādas starpnieka procesa. Lai demonstrētu fotoelektrisko efektu, pieņemsim silīcija kristāla gabalu.
Šīs bloka augšdaļa ir apdrosināta donora piesārņojumiem, bet apakšdaļa - akseptora piesārņojumiem. Tādējādi brīvās elektronu koncentrācija n-tipa zonā salīdzinājumā ar p-tipa zonu un lūkoņu koncentrācija p-tipa zonā salīdzinājumā ar n-tipa zonu ir ļoti augsta. Būs augsts lādēto daudzuma koncentrācijas gradiens pa šīs bloka savienojuma līniju. Brīvie elektroni no n-tipa zonas mēģina difuzēt uz p-tipa zonu, un lūkoņi p-tipa zonā mēģina difuzēt uz n-tipa zonu kristālā. Tas notiek tāpēc, ka lādētie daudzumi sava dabas likuma dēļ vienmēr tendē uz difūziju no augstākas koncentrācijas reģiona uz zemāku. Katrs brīvais elektorns no n-tipa zonas, kad tas pārvietojas uz p-tipa zonu, atstāj pozitīvu donorjonu aiz sevi n-tipa zonā.
Tas notiek tāpēc, ka katrs brīvais elektorns n-tipa zonā ir iegūts no viena neitrāla donora atomā. Līdzīgi, kad lūkoņš difuzē no p-tipa zonas uz n-tipa zonu, tas atstāj negatīvu akseptorjonu aiz sevi p-tipa zonā.
Kamēr katrs lūkoņš p-tipa zonā ir iegūts no viena akseptora atomā. Abi šie jonu veidi, t.i., donorjonu un akseptorjonu, ir nemainīgi fiksēti kristālstruktūrā. Ir skaidrs, ka tie brīvie elektroni n-tipa zonā, kas ir tuvāk p-tipa zonai, pirmo difuzē uz p-tipa zonu, tādējādi izveidojot pozitīvu nemainīgu donorjonu slāni n-tipa zonā blakus savienojumam.
Līdzīgi tie brīvie lūkoņi p-tipa zonā, kas ir tuvāk n-tipa zonai, pirmo difuzē uz n-tipa zonu, tādējādi izveidojot negatīvu nemainīgu akseptorjonu slāni p-tipa zonā blakus savienojumam. Šie pozitīvie un negatīvie jonu koncentrācijas slāņi izveido elektrisku lauku pa savienojumu, kas vērsts no pozitīvās puses uz negatīvo, t.i., no n-tipa puses uz p-tipa pusi. Tagad, tā kā šis elektriskais lauks ir klāt, kristālā esošie lādētie daudzumi pieredz spēku, kas virza tos saskaņā ar šī elektriskā lauka virzieniem. Kā zināms, pozitīvā lāde vienmēr virzās saskaņā ar elektriskā lauka virzieniem, tāpēc pozitīvi lādētie lūkoņi (ja tie ir) n-tipa zonā tagad virzās uz p-puses savienojuma.
Savukārt, negatīvi lādētie elektroni p-tipa zonā (ja tie ir) virzās uz n-tipa zonu, jo negatīvā lāde vienmēr virzās pretēji elektriskā lauka virzienam. Pa p-n savienojumu lādēto daudzumu difūze un virzienšanās turpinās. Lādēto daudzumu difūze izveido un palielina potenciālā barjera biezumu pa savienojumu, bet lādēto daudzumu virzienšanās samazina šī barjera biezumu. Normālajā termiskajā līdzsvarā un bez jebkādas ārējas spēles, lādēto daudzumu difūze ir vienāda un pretēja lādēto daudzumu virzienšanās, tāpēc potenciālā barjera biezums paliek nemainīgs.
Tagad silīcija kristāla bloka n-tipa virsma tiek izlaista saulei. Daži fotoni tiek absorbuši silīcija blokā. Daži no absorbētajiem photonu būs ar enerģiju, kas lielāka par enerģijas atstarpi starp valentnēju un provodības joslu valentnēju elektroniem silīcija atomos. Tādējādi daži valentnēju elektroni kovalentajā saistē tiks uzliesmojuši un izskrēsis no saistes, atstājot aiz sevi lūkoņu saistē. Tādējādi, gājiena gaismā izveidojas elektorns-lūkoņu pāri kristālā. Šie gājiena gaismā radītie lūkoņi n-tipa pusē ir ar pietiekamu iespējamību rekombinēt ar milzīgu daudzumu elektronu (majoritāres daudzumi). Tāpēc, saules elementa dizains ir tāds, ka gaismā radītie elektroni vai lūkoņi nesaņem pietiekamas iespējas rekombinēt ar majoritāres daudzumiem.
Poluprovodītājs (silīcija) ir apdrosināts tā, ka p-n savienojums formas tiek izveidots ļoti tuvā apkārtne izlaistajai virsmai. Ja elektorns-lūkoņu pāris tiek izveidots mazāk nekā minoritāres daudzumu difūzes garumā no savienojuma, elektori elektorns-lūkoņu pāra virzīsies uz n-tipa zonu, un lūkoņi pāra tiks nobīdīti uz p-tipa zonu, ietekmējot elektriskā lauka savienojuma, un tādējādi, vidēji, tas ieguldīs strāvas plūsmā ārējā shēmā.
Paziņojums: Cienīt oriģinālo, labus rakstus vērts dalīties, ja ir pārkāpums, lūdzu, sazinieties ar mums, lai to dzēstu.
