Fotovoltaik Etki Nedir?

Işık enerjisinin belirli yarıiletken malzemelerde elektrik enerjisine dönüştüğü etkiye fotovoltaik etki denir. Bu, herhangi bir ara süreç olmadan doğrudan ışık enerjisini elektrik enerjisine dönüştürür. Fotovoltaik etkinin gösterilmesi için bir silikon kristali bloğu düşünelim.
Bu bloğun üst kısmı verici katkı maddeleriyle doygunlaştırılmış, alt kısmı ise kabul edici katkı maddeleriyle doygunlaştırılmıştır. Bu nedenle, n-tip bölgesindeki serbest elektronların yoğunluğu p-tip bölgesine kıyasla oldukça yüksek ve p-tip bölgesindeki deliklerin yoğunluğu n-tip bölgesine kıyasla oldukça yüksektir. Bloğun bağlantı çizgisinde şarj taşıyıcıları arasında yüksek bir konsantrasyon gradyanı olacaktır. N-tip bölgesindeki serbest elektronlar p-tip bölgesine difüze olmaya çalışır ve p-tip bölgesindeki delikler n-tip bölgesine difüze olmaya çalışır. Bu, şarj taşıyıcılarının doğal olarak daha yüksek konsantrasyonlu bölgeden daha düşük konsantrasyonlu bölgeye difüz etme eğilimindedir. N-tip bölgesindeki her serbest elektron difüzyon sonucunda p-tip bölgesine geldiğinde, n-tip bölgesinde pozitif bir verici iyon bırakır.

Bu, n-tip bölgesindeki her serbest elektronun bir nötr verici atoma sahip olduğu içindır. Benzer şekilde, bir delik p-tip bölgesinden n-tip bölgesine difüz olduğunda, p-tip bölgesinde negatif bir kabul edici iyon bırakır.

Her deliğin p-tip bölgesinde bir kabul edici atoma sahip olduğu için. Bu iyonlar, yani verici iyonlar ve kabul edici iyonlar, kristal yapıdaki konumlarında sabit ve hareketsizdir. N-tip bölgesindeki, p-tip bölgesine en yakın olan serbest elektronların önce p-tip bölgesine difüz olacağını söylemenin gereği yoktur. Bu, n-tip bölgesindeki bağlantıya komşu pozitif hareketsiz verici iyonların bir tabakasını oluşturur.

Benzer şekilde, p-tip bölgesindeki, n-tip bölgesine en yakın olan serbest delikler önce n-tip bölgesine difüz olur ve bu, p-tip bölgesindeki bağlantıya komşu negatif hareketsiz kabul edici iyonların bir tabakasını oluşturur. Bu pozitif ve negatif iyonların konsantrasyon tabakası, pozitiften negatif yönde, yani n-tip bölgesinden p-tip bölgesine doğru yönlendirilen bir elektrik alan oluşturur. Şimdi, bu elektrik alanın varlığından dolayı, kristaldeki şarj taşıyıcıları, bu elektrik alanın yönünde sürüklenmeye zorlanırlar. Pozitif şarjın her zaman elektrik alanın yönünde sürüklenmesi bilindiği için, n-tip bölgesindeki (varsa) pozitif yüklü delikler artık bağlantının p-tarafına sürüklenir.

Öte yandan, p-tip bölgesindeki (varsa) negatif yüklü elektronlar, negatif şarjın her zaman elektrik alanın yönünün tersine sürüklenmesi nedeniyle n-bölgesine sürüklenir. Bir p-n bağlantı üzerinden şarj taşıyıcılarının difüzyonu ve sürüklenmesi devam eder. Şarj taşıyıcılarının difüzyonu, bağlantı boyunca potansiyel bariyerin kalınlığını oluşturur ve artırır ve şarj taşıyıcılarının sürüklenmesi bariyerin kalınlığını azaltır. Normal termal dengede ve dış kuvvetlerin olmaması durumunda, şarj taşıyıcılarının difüzyonu şarj taşıyıcılarının sürüklenmesine eşit ve zıt olduğundan, potansiyel bariyerin kalınlığı sabit kalır.

Şimdi, silikon kristali bloğunun n-tip yüzeyi güneşe maruz bırakılıyor. Bazı fotonlar silikon bloğu tarafından emilir. Emilen bazı fotonların, silikon atomlarının valans elektronlarının valans ve iletim bandı arasındaki enerji boşluğundan daha fazla enerji olması mümkün. Bu nedenle, bazı valans elektronları kovalent bağdan çıkarak bir delik bırakarak uyarılır. Bu şekilde, ışığın vurması sonucunda kristalde elektron-delik çiftleri oluşur. N-tip bölgesindeki bu ışıkla üretilen delikler, çok sayıda elektron (çoğunluk taşıyıcıları) ile yeniden birleşme olasılığına sahiptir. Bu nedenle, güneş hücresi, ışıkla üretilen elektronlar veya deliklerin çoğunluk taşıyıcılarıyla tekrar birleşme olasılığını minimize etmek için tasarlanmıştır.

Yarıiletken (silikon) öyle doygunlaştırılır ki, p-n bağlantı hücrenin maruz kalan yüzeyinin çok yakın bir yerde oluşur. Eğer bir elektron-delik çifti, bağlantının bir azınlık taşıyıcı difüzyon uzunluğu içinde oluşturulursa, elektron-delik çiftinin elektronları n-tip bölgesine sürüklenir ve çiftin deliği, bağlantının elektrik alanı etkisi altında p bölgesine sürüklenecektir. Bu nedenle, ortalama olarak, bu dış devrede akım akışına katkı sağlayacaktır.

Bildirim: Orijinali saygı gösterin, iyi makaleler paylaşılabilir, eğer kopyalama olursa lütfen silme için iletişime geçin.