Prinsip Paggana sa Solar Cell o Photovoltaic Cell

Ang pagkumperti sa light energy ngadto sa electrical energy gisulay pinaagi sa usa ka phenomenon nga gitawag og photovoltaic effect. Kun ang semiconductor materials gibutang sa light, ang pipila ka photons sa light ray giabsorb niini nga nagresulta og dako nga numero sa free electrons sa crystal. Kini ang basic reason sa pagbuhat og electricity tungod sa photovoltaic effect. Photovoltaic cell mao ang basic unit sa system diin ang photovoltaic effect gigamit aron moprodukto og electricity gikan sa light energy. Ang silicon mao ang labing gamiton nga semiconductor material alang sa pagtukod sa photovoltaic cell. Ang silicon atom adunay apat ka valence electrons. Sa solid crystal, kada silicon atom magshare sa iyang apat ka valence electrons sa lain nga nearest silicon atom kung diin gipakita ang covalent bonds tali. Pinaagi niining paagi, ang silicon crystal makakuha og tetrahedral lattice structure. Kun ang light ray mogahit sa anumang materyales, pipila ka bahin sa light gireflect, pipila ka bahin gi-transmit sa materyales, ug ang uban gi-absorb sa materyales.

Ang sama nga butang mahitabo kun ang light mogahit sa silicon crystal. Kun ang intensidad sa incident light kaayo ka dako, sapat nga numero sa photons giabsorb niini, ug kini nga mga photons, sa ilang higayon, excite pipila ka electrons sa covalent bonds. Kini nga excited electrons makakuha og sapat nga energy aron mobalhin gikan sa valence band ngadto sa conduction band. Tungod kay ang energy level sa kini nga mga electrons nasa conduction band, sila mobalhin gikan sa covalent bond unya mag-iwan og hole sa bond sa likod sa bawgad nga electron. Kini gitawag og free electrons na mobalhin random sa crystal structure sa silicon. Kini nga free electrons ug holes adunay importanteng papel sa pagbuhat og electricity sa photovoltaic cell. Kini nga electrons ug holes gitawag usab og light-generated electrons and holes respetiblemente. Kini nga light generated electrons ug holes wala makaprodukto og electricity sa silicon crystal alone. Dapat adunay daghan pang mekanismo aron makabuhat niini.

Kun ang pentavalent impurity sama sa phosphorus giatiman sa silicon, ang apat ka valence electrons sa kada pentavalent phosphorous atom gishare pinaagi sa covalent bonds sa upat ka neighbor silicon atoms, ug ang ikalimang valence electron wala makapugos og covalent bond.

Kini nga ikalimang electron wala kaayo mosulob sa iyang parent atom. Apan sa room temperature, ang thermal energy available sa crystal dako kaayo aron disassociate kini nga relatively loose fifth electrons gikan sa iilang parent phosphorus atom. Kun kini nga fifth relatively loose electron nadisassociate gikan sa parent phosphorus atom, ang phosphorous atom immobile positive ions. Kini nga disassociated electron mokuha og free apan wala adunay incomplete covalent bond o hole sa crystal aron mauli. Kini nga free electrons gikan sa pentavalent impurity adunay handa aron moguhit sa current sa semiconductor. Bisag adunay daghang free electrons, ang substance wala adunay electric charge tungod kay ang numero sa positive phosphorous ions nakabalaka sa crystal structure eksaktong sama sa numero sa free electrons nga gikuha gikan nila. Ang proseso sa pagbutang og impurities sa semiconductor gitawag og doping, ug ang impurities nga giatiman gitawag og dopants. Ang pentavalent dopants nga donate ilang ikalimang free electron sa semiconductor crystal gitawag og donors. Ang semiconductors nga giatiman sa donor impurities gitawag og n-type o negative type semiconductor tungod kay adunay daghang free electrons nga negatively charged sa nature.

Kun ang trivalent impurity atoms sama sa boron giatiman sa semiconductor crystal, ang opposite type of semiconductor mahimo. Sa kasong ini, pipila ka silicon atoms sa crystal lattice moganti sa boron atoms, sa uban nga pulong, ang boron atoms moganti sa posisyon sa replaced silicon atoms sa lattice structure. Tulo ka valance electrons sa boron atom magpair sa valance electron sa tulo ka neighbor silicon atoms aron makabuo og tulo ka complete covalent bonds. Para sa kini nga configuration, adunay silicon atom para sa kada boron atom, ang ika-apat nga valence electron wala makapugos og neighbor valance electrons aron makabuo og ika-apat nga covalent bond. Tungod kay ang ika-apat nga valence electron sa kini nga silicon atoms wala makapugos, ug behabeha isip incomplete bond. Busa adunay lack sa usa ka electron sa incomplete bond, ug ang incomplete bond palihog og electron aron makapugos niini. Busa adunay lugar sa electron aron magpakuyog.

Kini nga vacancy konseptual nga gitawag og positive hole. Sa trivalent impurity doped semiconductor, daghan nga covalent bonds gipasabot sa pagcomplete sa other incomplete covalent bonds. Kun usa ka bond gipasabot, usa ka hole gipugos niini. Kun usa ka bond kompleto, ang hole niini nawala. Pinaagi niining paagi, usa ka hole mohitabo sa usa ka neighbor hole. Busa ang holes adunay relative motion sa loob sa semiconductor crystal. Gikan sa kini nga pananaw, mahimo nga maingon ang holes usab makamo-balu sa free electrons sa loob sa semiconductor crystal. Tungod kay ang bawgad holes makapugos og electron, ang trivalent impurities gitawag og acceptor dopants ug ang semiconductors nga giatiman sa acceptor dopants gitawag og p-type o positive type semiconductor.

Sa n-type semiconductor ang free electrons carry negative charge ug sa p-type semiconductor ang holes carry positive charge, busa ang free electrons sa n-type semiconductor ug free holes sa p-type semiconductor gitawag og majority carrier sa n-type semiconductor ug p-type semiconductor respetiblemente.

Adunay potential barrier sa pagitan sa n-type ug p-type material. Kini nga potential barrier importante sa pagtrabaho sa photovoltaic o solar cell. Kun ang n-type semiconductor ug p-type semiconductor magcontact, ang free electrons near sa contact surface sa n-type semiconductor makapugos sa adjacent holes sa p-type material. Busa ang free electrons sa n-type semiconductor near sa iyang contact surface mobalhin sa adjacent holes sa p-type material aron recombine. Wala lang free electrons, apan ang valence electrons sa n-type material near sa contact surface usab mobalhin gikan sa covalent bond ug recombine sa mas nearby holes sa p-type semiconductor. Tungod kay ang covalent bonds gipasabot, adunay numero sa holes gipugos sa n-type material near sa contact surface. Busa, near contact zone, ang holes sa p-type materials nawala tungod sa recombination sa lahi-lahi holes mohitabo sa n-type material near sa same contact zone. Kini equivalent sa migration sa holes gikan sa p-type ngadto sa n-type semiconductor. Busa kun ang n-type semiconductor ug p-type semiconductor magcontact, ang electrons gikan sa n-type will transfer sa p-type ug holes gikan sa p-type will transfer sa n-type. Ang proseso dako kaayo apan wala forever. Pagkatapos sa instant, adunay layer sa negative charge (excess electrons) sa p-type semiconductor adjacent sa contact along the contact surface. Parehas, adunay layer sa positive charge (positive ions) sa n-type semiconductor adjacent sa contact along the contact surface. Ang thickness sa kini nga negative ug positive charge layer madako hangtod sa certain extent, apan pagkatapos, wala na electrons moguhit gikan sa n-type semiconductor ngadto sa p-type semiconductor. Tungod kay, kun ang electron sa n-type semiconductor mobalhin sa p-type semiconductor, kini mosulob sa thick layer sa positive ions sa n-type semiconductor mismo kung diin kini mobalik. Parehas, wala na holes moguhit sa n-type semiconductor gikan sa p-type. Ang holes sa p-type semiconductor sa pagcross sa negative layer, kini recombine sa electrons ug wala na movement ngadto sa n-type region.

Sa uban nga pulong, ang negative charge layer sa p-type side ug positive charge layer sa n-type side sama-sama form a barrier nga opposes migration sa charge carriers gikan sa usa ka side ngadto sa uban. Parehas, ang holes sa p-type region hold back sa pag-enter sa n-type region. Tungod kay ang positive ug negative charged layer, adunay electric field across the region ug kini nga region gitawag og depletion layer.

Ngayon pataas ta sa silicon crystal. Kun ang light ray mogahit sa crystal, pipila ka bahin sa light giabsorb niini, ug ang resulta, pipila ka valence electrons excited ug mobalhin gikan sa covalent bond resulting free electron-hole pairs.

Kun ang light mogahit sa n-type semiconductor, ang electrons gikan sa light-generated electron-hole pairs wala makaguhit sa p-region tungod kay wala sila makapugos sa potential barrier tungod sa repulsion sa electric field sa depletion layer. Sa parehas nga panahon, ang light-generated holes cross the depletion region tungod sa attraction sa electric field sa depletion layer kung diin sila recombine sa electrons, ug ang lack sa electrons diri kompensado sa valence electrons sa p-region, ug kini makapugos sa daghan nga holes sa p-region. Busa ang light generated holes shifted sa p-region kung diin sila trapped tungod kay bisan unsa sila mobalik sa n-type region wala makapugos tungod sa repulsion sa potential barrier.

Tungod kay ang negative charge (light generated electrons) trapped sa usa ka side ug positive charge (light generated holes) trapped sa opposite side sa cell, adunay potential difference sa pagitan sa duha ka sides sa cell. Kini nga potential difference tipikal nga 0.5 V. Kini ang paagi sa photovoltaic cells o solar cells produce potential difference.

Statement: Respetar el original, los buenos artículos merezcan ser compartidos, si hay infracción por favor contáctenos para eliminarlo.