Funkciado Principo de Suncelo aŭ Fotovoltaika Celero
La konverto de lumenergio en elektraj energio bazas sur fenomeno nomita fotovoltaika efekto. Kiam duongravaj materialoj estas espostitaj al lumo, iuj el la fotojonoj de la lumradiajo estas absorbitaj per la duongrava kristalo, kio kaŭzas signifan nombron de liberaj elektronoj en la kristalo. Tio estas la baza kaŭzo de la produktado de elektra energio pro la fotovoltaika efekto. Fotovoltaika celo estas la baza unuo de la sistemo, kie la fotovoltaika efekto estas uzata por produkti elektran energion el lumenergio. Silico estas la plej vaste uzata duongrava materialo por konstrui la fotovoltaikan celon. La silicatom havas kvar valentajn elektronojn. En solida kristalo, ĉiu silicatom dividis ĉiun el siaj kvar valentaj elektronoj kun alia najbara silicatom, tiel kreante kovalentajn ligilojn inter ili. Per tio, la silicakristalo ricevas tetraedran retonstrukturon. Kiam lumradiajo frapas ajnan materialon, iu parto de la lumo estas reflektita, iu parto estas transdonita tra la materialo, kaj la resto estas absorbita de la materialo.
La sama okazas, kiam lumo falas sur silicakristalo. Se la intensivo de la incidenta lumo estas sufiĉe alta, sufiĉa nombro de fotojonoj estas absorbita de la kristalo, kaj tiuj fotojonoj, en turniĝo, ekscitas kelkajn el la elektronoj de la kovalentaj ligiloj. Tiuj ekscititaj elektronoj tiam ricevas sufiĉan energion por migradi de la valentabando al la kondutabando. Ĉar la energinivelo de tiuj elektronoj estas en la kondutabando, ili foriras de la kovalenta ligilo, lasante truon en la ligilo post ĉiu forigita elektrono. Tiuj estas nomitaj libera elektronoj, kiuj moviĝas hazardmaniere ene de la kristalstrukturo de la silico. Tiuj libera elektronoj kaj truoj havas vitalan rolon en la kreigo de elektra energio en fotovoltaika celo. Tiuj elektronoj kaj truoj estas do nomitaj lumgeneritaj elektronoj kaj truoj respektive. Tiuj lumgeneritaj elektronoj kaj truoj ne povas produkti elektran energion en la silicakristalo sola. Devus esti iu aldona mekanismo por fari tion.
Kiam pentavalenta impureco, kiel fosforo, estas aldonita al silico, la kvar valentaj elektronoj de ĉiu pentavalenta fosforatom estas dividitaj per kovalentaj ligiloj kun kvar najbaraj silicatoj, kaj la kvina valenta elektrono ne ricevas ŝancon krei kovalentan ligilon.
Tiu kvina elektrono tiam estas relative malforte ligita kun sia matroatom. Eĉ je ĉambrotemperaturo, la termala energio disponebla en la kristalo estas sufiĉe granda por disocii tiujn relative malliberajn kvina elektronojn de ilia matrofosforatom. Dum tiu kvina relativemallibera elektrono estas disociita de la matrofosforatom, la fosforatom restas nekrevisaj pozitivaj ionoj. La disociita elektrono fariĝas libera, sed ne havas nekompletan kovalentan ligilon aŭ truon en la kristalo por re-ligii. Tiuj libera elektronoj, venantaj de pentavalenta impureco, estas ĉiam pretaj konduki koranton en la duongravo. Kvankam estas nombro da libera elektronoj, la substanco ankoraŭ estas elektrane neutra, ĉar la nombro de pozitivaj fosforionoj blokitaj ene de la kristalstrukturo estas precize egala al la nombro de la libera elektronoj, venantaj el ili. La procezo de enmetado de impurecoj en la duongravo estas konata kiel doppingo, kaj la impurecoj, kiuj estas dopitaj, estas konataj kiel dopantoj. La pentavalentaj dopantoj, kiuj donacas sian kvina libera elektronon al la duongrava kristalo, estas konataj kiel donacantoj. La duongravo, dopita per donacanta impureco, estas konata kiel n-tipo aŭ negativa tipo duongravo, ĉar estas multaj libera elektronoj, kiuj estas negativaj laŭ naturo.
Kiam anstataŭ pentavalenta fosforatom, trivalenta impurecatomoj, kiel boron, estas aldonitaj al duongrava kristalo, kontraŭa tipo de duongravo estos kreita. En tiu okazo, iuj silicatoj en la kristalreto estos anstataŭigitaj per boronatoj, en aliaj vortoj, la boronatoj okupos la poziciojn de anstataŭigitaj silicatoj en la retonstrukturo. Tri valentaj elektronoj de la boronatom parigos kun la valentaj elektronoj de tri najbaraj silicatoj por krei tri kompletajn kovalentajn ligilojn. Por ĉi tiu konfiguro, estos silicatom por ĉiu boronatom, kies kvara valenta elektrono ne trovos najbarajn valentajn elektronojn por kompleti sian kvan kovalentan ligilon. Do, tiu kvara valenta elektrono de tiuj silicatoj restas senparigita kaj agas kiel nekompleta ligilo. Do, estos manko de unu elektrono en la nekompleta ligilo, kaj do, nekompleta ligilo ĉiam atendas elektron por plenigi tiun mankon. Tiel, estas vakanceto por la elektron sidigi.
Tiu vakanceto estas koncepte nomita pozitiva truo. En trivalenta impureco-dopita duongravo, signifa nombro de kovalentaj ligiloj estas kontinue rompitaj por kompleti aliajn nekompletajn kovalentajn ligilojn. Kiam unu ligilo estas rompita, unu truo estas kreita en ĝi. Kiam unu ligilo estas kompleta, la truo en ĝi malaperas. Per tio, unu truo ŝajnas malaperi, kaj alia najbara truo aperas. Tiel, truoj havas relatan movadon ene de la duongravakristalo. Vidvorte, oni povas diri, ke truoj ankaŭ povas libere moviĝi kiel libera elektronoj ene de la duongravakristalo. Ĉar ĉiu el la truoj povas akcepti elektron, la trivalentaj impurecoj estas konataj kiel akceptiloj, kaj la duongravo, dopita per akceptiloj, estas konata kiel p-tipo aŭ pozitiva tipo duongravo.
En n-tipo duongravo, ĉefe la libera elektronoj portas negativan ŝargon, kaj en p-tipo duongravo, ĉefe la truoj, en turniĝo, portas pozitivan ŝargon, do, la libera elektronoj en n-tipo duongravo kaj la libera truoj en p-tipo duongravo estas nomitaj majoraj ŝarĝantoj en n-tipo duongravo kaj p-tipo duongravo respektive.
Ĉiam estas potenciala bariero inter n-tipo kaj p-tipo materialo. Tiu potenciala bariero estas esenca por la funkcio de fotovoltaika aŭ suncelo. Kiam n-tipo duongravo kaj p-tipo duongravo kontaktas unu la alian, la libera elektronoj proksime de la kontaktosurfaco de n-tipo duongravo ricevas multajn najbarajn truojn de p-tipo materialo. Do, la libera elektronoj en n-tipo duongravo proksime de sia kontaktosurfaco saltas al la najbaraj truoj de p-tipo materialo por rekombini. Ne nur la libera elektronoj, sed ankaŭ la valentaj elektronoj de n-tipo materialo proksime de la kontaktosurfaco eliras el la kovalentaj ligiloj kaj rekombinas kun pli proksimaj truoj en la p-tipo duongravo. Ĉar la kovalentaj ligiloj estas rompitaj, estos nombro da truoj kreitaj en la n-tipo materialo proksime de la kontaktosurfaco. Do, proksime de la kontaktzono, la truoj en la p-tipo materialo malaperas pro rekombino, dum truoj aperas en la n-tipo materialo proksime de la sama kontaktzono. Tio estas tial ekvivalenta al la migrado de truoj de p-tipo al n-tipo duongravo. Do, tuj kiam unu n-tipo duongravo kaj unu p-tipo duongravo venas en kontaktado, la elektronoj de n-tipo transferos al p-tipo, kaj la truoj de p-tipo transferos al n-tipo. La procezo estas tre rapida, sed ne daŭras ĉiam. Post iom da tempo, estos strato de negativa ŝargo (eksperta elektrono) en la p-tipo duongravo apud la kontaktado laŭ la kontaktosurfaco. Simile, estos strato de pozitiva ŝargo (pozitivaj ionoj) en la n-tipo duongravo apud la kontaktado laŭ la kontaktosurfaco. La dikiĝo de tiuj negativa kaj pozitiva ŝargo-stratoj pligrandiĝas ĝis certa grado, sed poste, plu ne plu elektronoj migrados de n-tipo duongravo al p-tipo duongravo. Tio estas, ĉar dum iu elektron de n-tipo duongravo provas migradi super p-tipo duongravo, ĝi konfrontas sufiĉe dikan straton de pozitivaj ionoj en n-tipo duongravo mem, kie ĝi falos sen transiri ĝin. Simile, truoj plu ne migrados al n-tipo duongravo de p-tipo. La truoj, dum provas transiri la negativan straton en p-tipo duongravo, rekombinas kun elektronoj, kaj ne plu moviĝas al n-tipa regiono.
Alivorte, negativa ŝargo-strato en la p-tipa flanko kaj pozitiva ŝargo-strato en n-tipa flanko kune formi barieron, kiu kontraŭstaras la migradon de ŝarĝantoj de unu flanko al la alia. Simile, truoj en la p-tipa regiono estas haltigitaj de eniro en la n-tipa regiono. Pro la pozitiva kaj negativa ŝargo-strato, estos elektra kampo trans la regiono, kaj tiu regiono estas nomita ekspluatada strato.
Nun, revenu al la silicakristalo. Kiam lumradiajo frapas la kristalon, iu parto de la lumo estas absorbita de la kristalo, kaj sekve, iuj el la valentaj elektronoj estas ekscititaj kaj eliras el la kovalentaj ligiloj, rezultigante libera elektrono-truoparojn.
Se lumo frapas n-tipo duongravo, la elektronoj el tiuj lum-generitaj elektrono-truoparoj ne povas migradi al la p-regiono, ĉar ili ne povas transiri la potencialan barieron pro la repulso de la elektra kampo trans la ekspluatada strato. Samtempe, la lum-generitaj truoj transpasas la ekspluatadan regionon pro la atrodo de la elektra kampo de la ekspluatada strato, kie ili rekombinas kun elektronoj, kaj tiam la manko de elektronoj tie estas kompensita per la valentaj elektronoj de la p-regiono, kaj tio faras tiom da truoj en la p-regiono. Do, la lum-generitaj truoj estas ŝanĝitaj al la p-regiono, kie ili estas trapetitaj, ĉar unufoje ili venas al la p-regiono, ili ne povas reveni al la n-tipa regiono pro la repulso de la potenciala bariero.
Ĉar la negativa ŝargo (lum-generitaj elektronoj) estas trapetita en unu flanko, kaj la pozitiva ŝargo (lum-generitaj truoj) estas trapetita en la kontraŭa flanko de la celo, estos potenciala diferenco inter tiuj du flankoj de la celo. Tiu potenciala diferenco tipike estas 0,5 V. Tiel, fotovoltaikaj celoj aŭ sunceloj produktas potencialan diferencon.
Deklaro: Respektu la originalon, bonajn artikolojn valoras komunikado, se estas ŝtupo bonvolu kontaktu por forigo.
