Ano ang Photovoltaic Effect?

Ang epekto kung saan ang enerhiya ng liwanag ay nakakalipat sa elektrikong enerhiya sa ilang materyales ng semiconductor ay kilala bilang photovoltaic effect. Ito ay direkta na nakakalipat ng enerhiya ng liwanag sa kuryente nang walang anumang intermediate process. Para ipakita ang photovoltaic effect isang bloke ng silicon crystal ang ating asumosyon.
Ang itaas na bahagi ng bloke ay may donor impurities at ang ibaba naman ay may acceptor impurities. Kaya mas mataas ang concentration ng free electrons sa n-type region kumpara sa p-type region at mas mataas ang concentration ng mga butas sa p-type region kumpara sa n-type region ng bloke. Mayroong mataas na concentration gradient ng charge carriers sa junction line ng bloke. Ang mga free electrons mula sa n-type region ay sumusubok na mag-diffuse patungo sa p-type region at ang mga butas sa p-type region ay sumusubok na mag-diffuse patungo sa n-type region sa crystal. Ito ay dahil ang mga charge carriers ay natural na sumusunod sa paglipat mula sa mataas na concentration region patungo sa mababang concentration region. Bawat free electron sa n-type region habang dumadaan sa p-type region dahil sa diffusion, iiwan niya ang positive donor ion sa likod nito sa n-type region.

Ito ay dahil bawat free electron sa n-type region ay inilapat ng isang neutral donor atom. Gayon din kapag ang isang butas ay nag-diffuse mula sa p-type region patungo sa n-type region, iiwan niya ang negative acceptor ion sa likod nito sa p-type region.

Dahil bawat butas ay inilapat ng isang acceptor atom sa p-type region. Ang parehong ions na ito, na donor ions at acceptor ions, ay hindi mobile at naka-fix sa kanilang posisyon sa crystal structure. Walang pangangailangan na sabihin na ang mga free electrons sa n-type region na nasa malapit sa p-type region ang unang mag-diffuse sa p-type region at lumilikha ng layer ng positive immobile donor ions sa n-type region na nasa tabi ng junction.

Gayon din, ang mga free holes sa p-type region na nasa malapit sa n-type region ang unang mag-diffuse sa n-type region at lumilikha ng layer ng negative immobile acceptor ions sa p-type region na nasa tabi ng junction. Ang mga layer ng concentration ng positive at negative ions na ito ay lumilikha ng electric field sa buong junction na directed mula sa positive patungo sa negative, o mula sa n-type side patungo sa p-type side. Dahil sa presence ng electric field na ito, ang mga charge carriers sa crystal ay nararanasan ang force upang mag-drift ayon sa direction ng electric field. Bilang alam natin, ang positive charge ay laging nag-drift sa direction ng electric field, kaya ang positively charged holes (kung mayroon) sa n-type region ngayon ay nag-drift patungo sa p-side ng junction.

Sa kabilang banda, ang negatively charged electrons sa p-type region (kung mayroon) ay nag-drift patungo sa n-region dahil ang negative charge ay laging nag-drift opposite sa direction ng electric field. Sa buong p-n junction ang diffusion at drift ng charge carriers ay patuloy. Ang diffusion ng charge carriers ay lumilikha at lumalaki ang thickness ng potential barrier sa buong junction at ang drift ng charge carriers ay binabawasan ang thickness ng barrier. Sa normal thermal equilibrium condition at wala anumang external force, ang diffusion ng charge carrier ay pantay at opposite ng drift ng charge carriers kaya ang thickness ng potential barrier ay nananatiling fixed.

Ngayon, ang n-type surface ng silicon crystal block ay inilapat sa liwanag ng araw. Ang ilang photons ay inabsorb ng silicon block. Ang ilang inabsorb na photon ay mayroong enerhiyang mas mataas kaysa sa energy gap sa pagitan ng valence at conduction band ng valence electrons ng silicon atoms. Kaya, ang ilang valence electrons sa covalent bond ay mai-excite at lalabas mula sa bond na iiwan ang isang butas sa bond. Sa paraang ito, ang electron-hole pairs ay ginenera sa crystal dahil sa incident light. Ang mga butas ng mga light generated electron-hole pairs sa n-type side ay may sapat na probabilidad ng recombination sa sobrang dami ng electrons (majority carriers). Kaya, ang solar cell ay gawa sa paraang ang light-generated electrons o butas ay hindi magkakaroon ng sapat na chances na mag-recombine sa majority carriers.

Ang semiconductor (silicon) ay dinedope nang gayon ang p-n junction ay nabubuo sa malapit sa exposed surface ng cell. Kung ang isang electron hole pair ay nabubuo sa loob ng isang minority carrier diffusion length, ng junction, ang electrons ng electron-hole pair ay mag-drift patungo sa n-type region at ang butas ng pair ay sisigaw patungo sa p region dahil sa impluwensya ng electric field ng junction at kaya sa average, ito ay magbabahagi sa current flow sa external circuit.

Pahayag: Respetuhin ang original, mahalagang mga artikulo na karapat-dapat na ibahagi, kung may infringement pakiusap ilisan.