Apakah Kesan Fotovoltaik

Kesan di mana tenaga cahaya ditukar kepada tenaga elektrik dalam sesetengah bahan semikonduktor dikenali sebagai kesan fotovoltaik. Ini secara langsung menukar tenaga cahaya kepada elektrik tanpa proses antara yang lain. Untuk mendemonstrasikan kesan fotovoltaik mari kita anda satu blok kristal silikon.
Bahagian atas blok ini didoping dengan impurities donor dan bahagian bawah didoping dengan impurities penerima. Oleh itu, kepekatan elektron bebas sangat tinggi di kawasan n-type berbanding kawasan p-type, dan kepekatan lubang sangat tinggi di kawasan p-type berbanding kawasan n-type blok tersebut. Terdapat gradien kepekatan yang tinggi bagi pengangkut cas merentasi garis persimpangan blok. Elektron bebas dari kawasan n-type cuba difusi ke kawasan p-type dan lubang di kawasan p-type cuba difusi ke kawasan n-type dalam kristal. Ini kerana pengangkut cas secara semula jadi sentiasa cenderung untuk difusi dari kawasan kepekatan tinggi ke kawasan kepekatan rendah. Setiap elektron bebas dari kawasan n-type apabila datang ke kawasan p-type akibat difusi, ia meninggalkan ion donor positif di belakangnya di kawasan n-type.

Ini kerana setiap elektron bebas di kawasan n-type disumbangkan oleh satu atom donor neutral. Begitu juga apabila lubang difusi dari kawasan p-type ke kawasan n-type, ia meninggalkan ion penerima negatif di belakangnya di kawasan p-type.

Oleh kerana setiap lubang disumbangkan oleh satu atom penerima di kawasan p-type. Kedua-dua ion ini, iaitu ion donor dan ion penerima, tidak boleh bergerak dan tetap pada kedudukan mereka dalam struktur kristal. Tiada perlu dikatakan bahawa elektron bebas di kawasan n-type yang terdekat dengan kawasan p-type akan mula-mula difusi ke kawasan p-type dan seterusnya mencipta lapisan ion donor imobil positif di kawasan n-type bersebelahan dengan persimpangan.

Secara serupa, lubang bebas di kawasan p-type yang terdekat dengan kawasan n-type akan mula-mula difusi ke kawasan n-type dan seterusnya mencipta lapisan ion penerima imobil negatif di kawasan p-type bersebelahan dengan persimpangan. Lapisan kepekatan ion positif dan negatif ini mencipta medan elektrik merentasi persimpangan yang diarahkan dari positif ke negatif, iaitu dari sisi n-type ke sisi p-type. Kini, akibat kehadiran medan elektrik ini, pengangkut cas dalam kristal mengalami daya untuk drift mengikut arah medan elektrik. Seperti yang kita tahu, cas positif sentiasa drift mengikut arah medan elektrik, maka lubang berkas positif (jika ada) di kawasan n-type kini drift ke sisi p-persimpangan.

Di sisi lain, elektron berkas negatif di kawasan p-type (jika ada) drift ke kawasan n-type kerana cas negatif sentiasa drift bertentangan dengan arah medan elektrik. Merentasi persimpangan p-n, difusi dan drift pengangkut cas terus berlaku. Difusi pengangkut cas mencipta dan meningkatkan ketebalan halangan potensial merentasi persimpangan, dan drift pengangkut cas mengurangkan ketebalan halangan. Dalam keadaan kesetimbangan termal biasa dan tiada daya luaran, difusi pengangkut cas adalah sama dan bertentangan dengan drift pengangkut cas, maka ketebalan halangan potensial kekal tetap.

Kini, permukaan n-type blok kristal silikon dipaparkan kepada cahaya matahari. Beberapa foton diserap oleh blok silikon. Beberapa foton yang diserap mempunyai tenaga lebih besar daripada jurang tenaga antara band valensi dan band konduksi elektron valensi atom silikon. Oleh itu, beberapa elektron valensi dalam ikatan kovalen akan dirangsang dan melompat keluar dari ikatan, meninggalkan lubang di ikatan. Dengan cara ini, pasangan elektron-lubang dihasilkan dalam kristal akibat cahaya insiden. Lubang dari pasangan elektron-lubang yang dihasilkan cahaya di sisi n-type mempunyai peluang yang cukup untuk rekomposisi dengan elektron yang banyak (pengangkut majoriti). Oleh itu, sel suria direka sedemikian, sehingga elektron atau lubang yang dihasilkan cahaya tidak mendapat peluang yang cukup untuk rekomposisi dengan pengangkut majoriti.

Bahan semikonduktor (silikon) didoping sedemikian, sehingga persimpangan p-n terbentuk di kawasan yang sangat dekat dengan permukaan sel yang dipaparkan. Jika pasangan elektron-lubang dicipta dalam satu panjang difusi pengangkut minoriti, dari persimpangan, elektron dari pasangan elektron-lubang akan drift ke kawasan n-type dan lubang dari pasangan akan dibawa ke kawasan p akibat pengaruh medan elektrik persimpangan, dan seterusnya, secara purata, ia akan menyumbang kepada aliran arus dalam litar luaran.

Pernyataan: Hormati asal, artikel yang baik berharga dibagi, jika terdapat pelanggaran silakan hubungi untuk menghapus.