อะไรคือผลการถ่ายเทแสงสู่ไฟฟ้า

ผลกระทบที่ทำให้พลังงานแสงเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าในวัสดุกึ่งตัวนำบางชนิดเรียกว่า ผลพีโวตาล์วิค ซึ่งแปลงพลังงานแสงเป็นไฟฟ้าโดยตรงโดยไม่มีกระบวนการกลางใดๆ หากต้องการแสดง ผลพีโวตาล์วิค ให้เราสมมติว่ามีบล็อกคริสตัลซิลิคอน
ส่วนบนของบล็อกนี้ถูกด๊อปด้วยสารเจือปนแบบบริจาคและส่วนล่างถูกด๊อปด้วยสารเจือปนแบบยอมรับ ดังนั้นความเข้มข้นของอิเล็กตรอนเสรีจะสูงมากในภูมิ n-type เมื่อเทียบกับภูมิ p-type และความเข้มข้นของหลุมจะสูงมากในภูมิ p-type เมื่อเทียบกับภูมิ n-type ของบล็อก จะมีความลาดชันความเข้มข้นสูงของพาหะประจุทั่วเส้นเชื่อมต่อของบล็อก อิเล็กตรอนเสรีจากภูมิ n-type พยายามแพร่ไปยังภูมิ p-type และหลุมในภูมิ p-type พยายามแพร่ไปยังภูมิ n-type ในคริสตัล เนื่องจากพาหะประจุมีแนวโน้มที่จะแพร่จากพื้นที่ความเข้มข้นสูงไปยังพื้นที่ความเข้มข้นต่ำตามธรรมชาติ แต่ละอิเล็กตรอนเสรีจากภูมิ n-type ที่แพร่ไปยังภูมิ p-type จะทิ้งไอออนบริจาคบวกไว้เบื้องหลังในภูมิ n-type

เนื่องจากแต่ละอิเล็กตรอนเสรีในภูมิ n-type มาจากอะตอมบริจาคกลาง คล้ายกันเมื่อหลุมแพร่จากภูมิ p-type ไปยังภูมิ n-type มันจะทิ้งไอออนยอมรับลบไว้เบื้องหลังในภูมิ p-type

เนื่องจากแต่ละหลุมมาจากการยอมรับอะตอมในภูมิ p-type ทั้งสองไอออนนี้ คือ ไอออนบริจาคและไอออนยอมรับ เป็นที่แน่นอนว่าอยู่ในตำแหน่งคงที่ในโครงสร้างคริสตัล อิเล็กตรอนเสรีจากภูมิ n-type ที่อยู่ใกล้ที่สุดกับภูมิ p-type จะแพร่เข้าสู่ภูมิ p-type สร้างชั้นของไอออนบริจาคบวกที่ไม่เคลื่อนที่ในภูมิ n-type ที่อยู่ติดกับเส้นเชื่อมต่อ

คล้ายกัน หลุมเสรีจากภูมิ p-type ที่อยู่ใกล้ที่สุดกับภูมิ n-type จะแพร่เข้าสู่ภูมิ n-type สร้างชั้นของไอออนยอมรับลบที่ไม่เคลื่อนที่ในภูมิ p-type ที่อยู่ติดกับเส้นเชื่อมต่อ ชั้นความเข้มข้นของไอออนบวกและลบเหล่านี้สร้างสนามไฟฟ้าที่ทอดจากบวกไปยังลบ หรือจากภูมิ n-type ไปยังภูมิ p-type ด้วยการมีสนามไฟฟ้านี้ พาหะประจุในคริสตัลจะประสบแรงที่ทำให้เคลื่อนที่ตามทิศทางของสนามไฟฟ้า ตามที่ทราบ ประจุบวกจะเคลื่อนที่ตามทิศทางของสนามไฟฟ้า ดังนั้นหลุม (ถ้ามี) ในภูมิ n-type จะเคลื่อนที่ไปยังด้าน p ของเส้นเชื่อมต่อ

ในทางกลับกัน ประจุลบในภูมิ p-type (ถ้ามี) จะเคลื่อนที่ไปยังภูมิ n-type เนื่องจากประจุลบจะเคลื่อนที่ในทิศทางตรงข้ามกับสนามไฟฟ้า การแพร่และการเคลื่อนที่ของพาหะประจุเกิดขึ้นตลอดเวลาที่เส้นเชื่อมต่อp-n การแพร่ของพาหะประจุสร้างและเพิ่มความหนาของกำแพงศักยภาพที่เส้นเชื่อมต่อ ในขณะที่การเคลื่อนที่ของพาหะประจุลดความหนาของกำแพงลง ในภาวะสมดุลทางความร้อนปกติและไม่มีแรงภายนอก การแพร่ของพาหะประจุจะเท่ากับและตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ของพาหะประจุ ดังนั้นความหนาของกำแพงศักยภาพจึงคงที่

ตอนนี้ผิวด้าน n-type ของบล็อกคริสตัลซิลิคอนถูกส่องด้วยแสงอาทิตย์ โฟตอนบางส่วนถูกดูดซึมโดยบล็อกซิลิคอน โฟตอนบางส่วนที่ถูกดูดซึมจะมีพลังงานมากกว่าช่องว่างระหว่างวงจรประจุและวงจรวาเลนซ์ของอะตอมซิลิคอน ดังนั้นอิเล็กตรอนวาเลนซ์บางส่วนในพันธะโคเวเลนต์จะถูกกระตุ้นและกระโดดออกจากพันธะ ปล่อยหลุมไว้เบื้องหลังในพันธะ ในวิธีนี้ คู่อิเล็กตรอน-หลุมถูกสร้างขึ้นในคริสตัลเนื่องจากแสงที่ตกกระทบ หลุมจากคู่อิเล็กตรอน-หลุมที่สร้างขึ้นจากแสงในด้าน n-type มีโอกาสสูงในการรวมตัวกับอิเล็กตรอนจำนวนมาก (พาหะใหญ่) ดังนั้นเซลล์แสงอาทิตย์ถูกออกแบบให้แสงที่สร้างขึ้นจากอิเล็กตรอนหรือหลุมไม่มีโอกาสเพียงพอในการรวมตัวกับพาหะใหญ่

กึ่งตัวนำ (ซิลิคอน) ถูกด๊อปให้ p-n อยู่ในบริเวณใกล้เคียงกับผิวที่สัมผัสของเซลล์ ถ้าคู่อิเล็กตรอน-หลุมถูกสร้างขึ้นภายในระยะการแพร่ของพาหะน้อย ของเส้นเชื่อมต่อ อิเล็กตรอนจากคู่อิเล็กตรอน-หลุมจะเคลื่อนที่ไปยังภูมิ n-type และหลุมจากคู่จะถูกดึงไปยังภูมิ p-type เนื่องจากอิทธิพลของสนามไฟฟ้า ของเส้นเชื่อมต่อ และดังนั้นโดยเฉลี่ยจะมีส่วนร่วมในการไหลของกระแส ในวงจรภายนอก

คำแถลง: ขอให้เคารพต้นฉบับ บทความที่ดีควรได้รับการแบ่งปัน หากมีการละเมิดลิขสิทธิ์โปรดติดต่อเพื่อลบ