Што е фотovoltaičки ефект

Ефектот кој резултира со претворање на светлосна енергија во електрична енергија во одредени полупроводници се нарекува фотоволтаичен ефект. Овој ефект директно претвара светлосна енергија во електричество без било каков посреден процес. За да демонстрираме фотоволтаичкиот ефект, претпоставуваме блок кристален силациум.
Горниот дел од овој блок е допиран со донорски импрешитиви, а долниот дел е допиран со акцепторски импрешитиви. Затоа концентрацијата на слободни електрони е многу поголема во n-региона во споредба со p-региона, а концентрацијата на црвеници е многу поголема во p-региона во споредба со n-региона на блокот. Ја постои големата градиентна разлика на носители на пол заряд преку јункцијата на блокот. Слободните електрони од n-региона се обидуваат да се дифундираат во p-региона, а црвениците во p-региона се обидуваат да се дифундираат во n-региона на кристалот. Ова се случува затоа што носителите на пол заряд по природа се стремат да се дифундираат од областа со висока концентрација кон областа со ниска концентрација. Кога секој слободен електрон од n-региона се дифундира до p-региона, тој го остава позитивниот донорски ион зад себе во n-региона.

Ова се случува затоа што секој слободен електрон во n-региона е дониран од еден neutrален донорски атом. Слично, кога црвениката се дифундира од p-региона до n-региона, таа го остава негативниот акцепторски ион зад себе во p-региона.

Бидејќи секоја црвеника е донирана од еден акцепторски атом во p-региона. И двата иона, тоест донорските иони и акцепторските иони, се немобилни и фиксирани на своите позиции во кристалната структура. Е очигледно дека тие слободни електрони од n-региона кои се најблиски до p-региона првично се дифундираат во p-региона и создаваат слој од позитивни немобилни донорски иони во n-региона соседен на јункцијата.

Слично, тие слободни црвеници од p-региона кои се најблиски до n-региона првично се дифундираат во n-региона и создаваат слој од негативни немобилни акцепторски иони во p-региона соседен на јункцијата. Овие слоеви на концентрација на позитивни и негативни иони создаваат електрично поле преку јункцијата, което е насочено од позитивниот кај негативниот, тоест од n-страни до p-страни. Сега, поради присуството на ова електрично поле, носителите на пол заряд во кристалот испитуваат сила за дрифт во правец на ова електрично поле. Како што знаеме, позитивните заредени црвеници се дрифтат во правец на електричното поле, затоа позитивно заредените црвеници (ако има такви) во n-региона сега се дрифтат кон p-страни на јункцијата.

Отстрана, негативно заредените електрони во p-региона (ако има такви) се дрифтат кон n-региона, бидејќи негативните заредени електрони се дрифтат спротивно на правецот на електричното поле. Преку p-n јункција, дифузията и дрифтот на носителите на пол заряд продолжува. Дифузията на носители на пол заряд го создава и зголемува дебелината на потенцијалната бариера преку јункцијата, а дрифтот на носителите на пол заряд ја намалува дебелината на барьерата. Во нормални услови на термична равновесија и во отсутство на било каква надворешна сила, дифузията на носителите на пол заряд е еднаква и спротивна на дрифтот на носителите на пол заряд, затоа дебелината на потенцијалната бариера останува фиксирана.

Сега, n-страницата на кристалниот блок од силациум е изложена на сончево светло. Некои од фотоните се апсорбирани од блокот од силациум. Некои од апсорбираните фотони ќе имаат енергија поголема од енергиската разлика помеѓу валентниот и проводниот бенд на валентните електрони на атомите на силациум. Затоа, некои од валентните електрони во ковалентната врска ќе бидат ексцитирани и ќе скочат од врската, оставајќи црвеница во врската. На овој начин, парови електрон-црвеница се генерираат во кристалот како резултат на инцидентното светло. Црвениците од овие светлински генерираени парови електрон-црвеница во n-региона имаат доволно веројатност за рекомбинација со огромен број на електрони (мажинствени носители). Затоа, соларниот клетка е дизајниран така што светлински генерираните електрони или црвеници немаат доволни можности за рекомбинација со мажинствените носители.

Полупроводникот (силациум) е така допиран што p-n јункцијата се формира во врв близина на изложената површина на клетката. Ако пар електрон-црвеница е креиран внатрешно во една миноритарна дифузија должина од јункцијата, електроните од парот ќе се дрифтат кон n-региона, а црвениците од парот ќе бидат поднесени кон p-региона поради влијание на електричното поле на јункцијата, и затоа, во просек, тоа ќе допринесе за проток на ток во надворешна кола.

Изјава: Поштетувајте оригиналот, добри текстови се заслужни за споделување, ако постои нарушување на авторските права се јавете за избришување.