Vad är fotovoltaisk effekt?

Effekten som orsakar att ljusenergi omvandlas till elektrisk energi i vissa halvledarmaterial kallas fotovoltaisk effekt. Detta konverterar ljusenergi direkt till el utan någon mellanliggande process. För att demonstrera fotovoltaiska effekten antar vi en block av siliciumkristall.
Överdelen av detta block dopas med donatorimpuriteter och nedre delen dopas med acceptorimpuriteter. Därför är koncentrationen av fria elektroner betydligt högre i n-tyget jämfört med p-tyget, och hålkoncentrationen är betydligt högre i p-tyget jämfört med n-tyget i blocket. Det kommer att finnas ett stort koncentrationsgradient för laddningsbärare över anslutningslinjen i blocket. Fria elektroner från n-tyget försöker diffundera till p-tyget och hål i p-tyget försöker diffundera till n-tyget i kristallen. Detta beror på att laddningsbärare alltid tenderar att diffundera från regioner med hög koncentration till regioner med låg koncentration. Varje fritt elektron från n-tyget som kommer till p-tyget genom diffusion lämnar ett positivt donatorjon bakom sig i n-tyget.

Detta beror på att varje fritt elektron i n-tyget bidrar från ett neutralt donatoratom. På samma sätt när ett hål diffunderar från p-tyget till n-tyget, lämnar det ett negativt acceptorjon bakom sig i p-tyget.

Eftersom varje hål bidrar från ett acceptoratom i p-tyget. Båda dessa jonerna, dvs. donatorjonerna och acceptorjonerna, är oböjliga och fastställda vid sin position i kristallstrukturen. Det behöver knappast sägas att de fria elektronerna i n-tyget som är närmast p-tyget först diffunderar in i p-tyget och skapar en lager av positiva oböjliga donatorjon i n-tyget intill junctionen.

På samma sätt diffunderar de fria hålen i p-tyget som är närmast n-tyget först in i n-tyget och skapar en lager av negativa oböjliga acceptorjon i p-tyget intill junctionen. Dessa positiva och negativa jonskoncentrationsskikt skapar ett elektriskt fält över junctionen som är riktat från positivt till negativt, det vill säga från n-sidan till p-sidan. Nu på grund av närvaron av detta elektriska fält upplever laddningsbärarna i kristallen en kraft att driva enligt riktningen av detta elektriska fält. Som vi vet drar den positiva laddningen alltid i riktningen av elektriska fältet, så de positivt laddade hålen (om några) i n-tyget drar nu till p-sidan av junctionen.

Å andra sidan drar negativt laddade elektroner i p-tyget (om några) till n-tyget eftersom negativ laddning alltid drar mot riktningen av elektriska fältet. Över en p-n junction fortsätter diffusion och drift av laddningsbärare. Diffusion av laddningsbärare skapar och ökar tjockleken på potentialbarriären över junctionen, och drift av laddningsbärare minskar tjockleken på barriären. I normal termodynamisk jämvikt och i fråga om någon yttre kraft, är diffusionen av laddningsbärare lika och motsatt av drift av laddningsbärare, så tjockleken på potentialbarriären förblir oförändrad.

Nu exponeras n-typens yta av siliciumkristallblocket för solsken. Några av fotonerna absorberas av siliciumblocket. Några av de absorberade fotonerna kommer att ha mer energi än energigapet mellan valenselektronerna och ledbanden i siliciumatomerna. Därför kommer några av valenselektronerna i kovalenta bindningar att bli upphetsade och hoppa ur bindningen, lämnande ett hål i bindningen. På detta sätt genereras elektron-hålpar i kristallen på grund av incident ljus. Hålen av dessa ljusgenererade elektron-hålpar i n-tyget har stor sannolikhet för rekombination med enorma elektroner (majoritetsbärare). Därför är solcellen så designad att de ljusgenererade elektronerna eller hålen inte får tillräckligt med chanser att rekombinera med majoritetsbärare.

Den halvledaren (silicium) är så dopad att p-n junction bildas mycket nära den exponerade ytan av cellen. Om ett elektron-hålpär bildas inom ett minoritetsbärarens diffusionsavstånd från junctionen, kommer elektronerna i elektron-hålparet att driva mot n-tyget och hålet i paret kommer att svepas till p-regionen på grund av inflytande av elektriska fältet i junctionen, och därför kommer det i genomsnitt att bidra till strömflöde i en extern circuit.

Uttryck: Respektera originaltexten, bra artiklar är värt delas, om det finns upphovsrättsoverträdelse kontakta för radering.