Šta je fotoelektronski efekat

Efekat zbog koga se energija svetlosti pretvara u električnu energiju u određenim poluprovodničkim materijalima poznat je kao fotovoltaični efekat. Ovaj efekat direktno pretvara energiju svetlosti u električnu energiju bez bilo kakvog međuprostora. Da bi smo demonstrirali fotovoltaični efekat, pretpostavimo blok kristala silicijuma.
Gornji deo ovog bloka je dopiran donorskim impuritetima, a donji deo akceptorskim impuritetima. Stoga je koncentracija slobodnih elektrona znatno veća u n-tipu regiona u poređenju sa p-tipom regiona, a koncentracija rupa je znatno veća u p-tipu regiona u poređenju sa n-tipom regiona bloka. Postoji veliki gradijent koncentracije nosilaca naelektrisanja kroz spojnici bloka. Slobodni elektroni iz n-tipa regiona pokušavaju difuzirati u p-tip region, a rupe u p-tip regionu pokušavaju difuzirati u n-tip region kristala. To je zato što nosilaci naelektrisanja po prirodi uvijek teže da difuziraju iz regiona sa visokom koncentracijom ka regionu sa niskom koncentracijom. Svaki slobodan elektron iz n-tipa regiona, dok difuzira u p-tip region, ostavlja iza sebe pozitivni donorski jon u n-tipu regionu.

To je zato što svaki slobodan elektron u n-tipu regiona doprinosi jednom neutralnom donorskom atomu. Slično tome, kada se rupa difuzira iz p-tipa regiona u n-tip region, ostavlja iza sebe negativni akceptorski jon u p-tipu regionu.

Pošto svaka rupa doprinosi jednom akceptorskom atomu u p-tipu regionu. Obje ove vrste jona, tj. donorski i akceptorski joni, su nepomični i fiksirani na svojim pozicijama u kristalnoj strukturi. Ne treba naglašavati da oni slobodni elektroni iz n-tipa regiona koji su najbliži p-tipu regionu prvi difuziraju u p-tip region, stvarajući sloj pozitivnih nepomičnih donorskih jona u n-tipu regionu uzdolju spojnice.

Slično tome, one slobodne rupe iz p-tipa regiona koje su najbliže n-tipu regionu prve difuziraju u n-tip region, stvarajući sloj negativnih nepomičnih akceptorskih jona u p-tipu regionu uzdolju spojnice. Ovi slojevi pozitivnih i negativnih jona stvaraju električno polje kroz spojnicu koje je usmereno od pozitivnog ka negativnom, odnosno od strane n-tipa prema strani p-tipa. Sada, zbog prisutnosti ovog električnog polja, nosilaci naelektrisanja u kristalu iskušavaju silu koja ih naterava da se driftuju prema smjeru tog električnog polja. Kao što znamo, pozitivna naelektrisanja uvijek se driftuju prema smjeru električnog polja, stoga se pozitivno naelektrisane rupe (ako postoje) u n-tipu regionu sada driftuju ka p-strani spojnice.

S druge strane, negativno naelektrisani elektroni u p-tipu regionu (ako postoje) se driftuju ka n-regionu, jer negativna naelektrisanja uvijek se driftuju suprotno smjeru električnog polja. Kroz p-n spojnicu difuzija i drift nosilaca naelektrisanja nastavljaju. Difuzija nosilaca naelektrisanja stvara i povećava debljinu potencijalne barijere kroz spojnicu, a drift nosilaca naelektrisanja smanjuje debljinu barijere. U normalnim uslovima termalne ravnoteže i u odsutnosti bilo kakvih vanjskih sila, difuzija nosilaca naelektrisanja je jednaka i suprotna driftu nosilaca naelektrisanja, stoga debljina potencijalne barijere ostaje fiksna.

Sada, n-tip površina bloka kristala silicijuma je izložena sunčevom svetlosti. Neki fotoni su apsorbovani od strane bloka silicijuma. Neki od apsorbovanih fotona će imati energiju veću od energetske razlike između valentne i provodne zone valentnih elektrona atoma silicijuma. Stoga će neki valentni elektroni u kovalentnoj vezi biti pobuđeni i skočiti iz veze ostavljajući iza sebe rupu u vezi. Na taj način se generišu parovi elektron-rupa u kristalu zbog incidentne svetlosti. Rupe od ovih svjetlosno generisanih parova elektron-rupa na n-tip strani imaju dovoljnu verovatnoću rekombinacije sa ogromnim brojem elektrona (glavnih nosilaca). Stoga je solarna celija tako dizajnirana, da svjetlosno generisani elektroni ili rupe neće imati dovoljno šanse da se rekomibiniraju sa glavnim nosiocima.

Poluprovodnik (silicijum) je tako dopiran da p-n spojnica formira se u veoma blizini izložene površine celije. Ako se par elektron-rupa stvori unutar jedne dužine difuzije manjinskog nosioca, spojnice, elektroni para elektron-rupa će se driftirati prema n-tipu regionu, a rupa para će biti odnesena ka p-regionu pod uticajem električnog polja spojnice, i time, prosečno, doprineti strujnom toku u spoljašnjem krugu.

Izjava: Pozdravite original, dobre članke vredi deliti, ako postoji kršenje autorskih prava molimo kontaktirajte za brisanje.