Je ni Nini Mfano wa Photovoltaic?

Mfano wa kutokana na ambao nishati ya mwanga hutumika kwa kutengeneza nishati ya umeme katika vifaa vilivyotenganishwa vya semiconductor unatafsiriwa kama mfano wa photovoltaic. Hii hupitisha moja kwa moja nishati ya mwanga kwa umeme bila hatua yoyote ya kati. Kwa kutambua mfano wa photovoltaic tuchukulie chemsha ya silisini.
Mwenye juu wa chemsha hii imejipima na viungo vya doni na mwenye chini imejipima na viungo vya kushiriki. Hivyo, kiasi cha elektroni huru ni zaidi katika eneo la n-type kuliko eneo la p-type, na kiasi cha holes ni zaidi katika eneo la p-type kuliko eneo la n-type. Itakuwa na tofauti kubwa ya kiasi cha charge carriers kote kwenye mstari wa muunganisho wa chemsha. Elektroni huru kutoka eneo la n-type yanajaribu kutofautiana katika eneo la p-type, na holes katika eneo la p-type yanajaribu kutofautiana katika eneo la n-type. Hii ni kwa sababu charge carriers mara nyingi huenda kutofautiana kutoka eneo la kiasi cha juu hadi eneo la chini. Kila elektron huru kutoka eneo la n-type wakati anapopanda katika eneo la p-type, anawacha ioni doni chanya nyuma yake katika eneo la n-type.

Hii ni kwa sababu kila elektron huru katika eneo la n-type unatoletwa na atomu doni moja. Vilevile wakati hole inaendelea kutofautiana kutoka eneo la p-type hadi eneo la n-type, inawacha ioni shiriki hasi nyuma yake katika eneo la p-type.

Kwa sababu kila hole unatoletwa na atomu shiriki moja katika eneo la p-type. Ioni zote zinazohusiana, yaani ioni doni na ioni shiriki, hazikuwa na uwezo wa kusogeza na zimeingia katika msimbo wa kristali. Ni vibaya kusema kwamba elektroni huru katika eneo la n-type ambayo zipo karibu zaidi na eneo la p-type zitafanikiwa kwanza kutofautiana katika eneo la p-type, kwa hiyo kutengeneza sutfu sauti ya ioni doni chanya katika eneo la n-type lenye upinde wa muunganisho.

Vilevile holes huru katika eneo la p-type ambayo zipo karibu zaidi na eneo la n-type zitafanikiwa kwanza kutofautiana katika eneo la n-type, kwa hiyo kutengeneza sutfu sauti ya ioni shiriki hasi katika eneo la p-type lenye upinde wa muunganisho. Sutfu sauti za ioni chanya na hasi hizi zinatengeneza mzunguko wa umeme kote kwenye muunganisho unaotoka chanya hadi hasi, au kutoka eneo la n-type hadi eneo la p-type. Sasa kwa sababu ya kuwa na mzunguko wa umeme huu, charge carriers katika kristali hufanyika nguvu ya kusogeza kulingana na mzunguko wa umeme huu. Kama tunajua charge chanya huenda kusogeza kulingana na mzunguko wa umeme, basi holes chanya (ikifuati) katika eneo la n-type sasa hivi hufika kwenye upande wa p-muunganisho.

Kwa upande mwingine, elektroni hasi katika eneo la p-type (ikifuati) hufika kwenye eneo la n-region kwa sababu charge hasi huenda kusogeza kinyume cha mzunguko wa umeme. Kote kwenye muunganisho wa p-n, tofauti na kusogeza za charge carriers husambaza. Tofauti ya charge carriers hutengeneza na kukubalika ukubwa wa mzunguko wa potential kote kwenye muunganisho, na kusogeza za charge carriers huchukua ukubwa wa mzunguko. Katika hali ya thermal equilibrium normal na usipo na nguvu yoyote ya nje, tofauti ya charge carrier ni sawa na kinyume cha kusogeza ya charge carriers, kwa hiyo ukubwa wa mzunguko wa potential huendelea kukubalika.

Sasa upande wa n-type wa chemsha ya silisini imedhibitiwa kwa mwanga. Baadhi ya photons zimechukuliwa na chemsha ya silisini. Baadhi ya photons zilizochukuliwa zitakuwa na nishati zaidi kuliko nishati gap kati ya band ya valence na band ya conduction ya electrons wa valence ya atoms za silisini. Kwa hiyo, baadhi ya electrons wa valence katika bond ya covalent zitakua zimefunika na kupiga mbio kutoka bond ikibadilika hole. Kwa njia hii electron-hole pairs zinatengenezwa katika kristali kutokana na mwanga. Holes za electron-hole pairs zilizotengenezwa na mwanga katika upande wa n-type wanapewa fursa ya recombination na elektroni mengi (majority carriers). Kwa hiyo, solar cell imeundwa kwa njia gani, ili electrons au holes zilizotengenezwa na mwanga siwezi kupata fursa ya recombination na majority carriers.

Semiconductor (silisini) imejipima kwa njia gani, muunganisho wa p-n unatengenezwa karibu sana na upinde wa chemsha uliyodhibitiwa. Ikiwa electron-hole pair imeundwa ndani ya minority carrier diffusion length, ya muunganisho, electrons za electron-hole pair zitakua zinaenda kwenye eneo la n-type na hole za pair zitakua zinaondolewa kwenye eneo la p kwa asili ya mzunguko wa umeme wa muunganisho, na kwa hiyo kwa wastani, itakusaidia kwenye current flow katika circuit ya nje.

Taarifa: Hakikisha unatumaini original, maudhui mazuri yanayostahimili kunashirikiana, ikiwa kuna ufisadi tafadhali wasiliana kutokuondokana.