Solarioaren edo fotovoltaikoaren funtzionamendua
Argiaren energia elektriko bihurtzea fotovoltaikoa deitzen den fenomeno baten oinarrituta dago. Lurra material semilegeak argiari ekarriko balira, argiaren photon batzuk material semilegearen kristalak ondoratzen ditu, kristal horretan elektron aske askok sortzen direlarik. Hau da, fotovoltaikoaren bitartez elektrizitatea sortzeko arrazoia osoa. Fotovoltaikoaren gelaxka argienergiatik elektrizitate lortzeko erabiltzen den sistema unitate nagusia da. Silizioa fotovoltaikoaren gelaxkarako erabilitako material semilege orokorreena da. Silizio atomoak lau elektron valentsi ditu. Kristal solido batean, silizio atomo bakoitzak bere lau elektron valentsiak beste silizio atomo inguru bati partekatzen dizkie, hala da, artean lotura kovalenteak sortuz. Modu honetan, silizio kristalak tetraedroko egitura retikularra hartzen du. Argi bat material batetan erori denean, argiaren zati bat isla egiten da, beste zati bat materialen traves garatzen da eta gainera dagoena materialak ondoratzen du.
Berdin gertatzen da argi bat silizio kristal batetan erori denean. Argi eroriaren intensitatea nahiko handia bada, photon asko kristalak ondoratzen ditu eta photon hauek, berotik, kovalenteko loturen elektron batzuk aktibatzen ditu. Elektron hauek, aurretik, energia nahikoa hartzen dute valentsiaren taulatik konduktorearen taulara mugitzeko. Elektron hauek taula konduktorean dagoenez, kovalenteko lotura utzi eta loturan elektron bakoitzak utzitako hueko bat sortzen du. Elektron aske hauek kristalaren egituran silizioaren barruan azkar joango dira. Elektron aske eta hueko hauek fotovoltaikoaren gelaxkan elektrizitatea sortzeko rol vitala dutenak dira. Elektron eta hueko hauei argiaren bidez sortutako elektron eta hueko esaten zaie. Elektron eta hueko hauek bakarrik ezin dute elektrizitatea silizio kristal batean sortu. Horretarako mekanismo gehigarri bat beharrezkoa da.
Pentavalente impuretza bat, hala nola fosforo bat, silizioari gehitu denean, pentavalente fosforo atomo bakoitzaren lau elektron valentsiak kovalenteko lotura baten bidez silizio atomo lau inguruarekin partekatzen ditu, eta bostgarren elektron valentsirik ez du lotura kovalenteari egin ahal.
Bostgarren elektron hau, ordea, bere atomo gorputsezkoarekin lotura laburrago bat du. Bero temperaturan ere, kristalaren barnean dagoen energia termikoa haurrak elektron hori fosforo atomo gorputsezkoarekin desasociatzeko oso handia da. Elektron hau desasociatzen denean, fosforo atomoa ion positibo mugagabea bihurtzen da. Desasociatutako elektron hau aske izan arren, kristalaren barruan kovalenteko lotura txertatzeko edo hueko bat ez du. Elektron aske hauek, pentavalente impuretzetatik datoz, beti elektrizitatea irautzeko prest daude. Elektron aske anitz badira ere, sustanzia elektrikoki neutrala baita, ion positibo fosforo kantitatea kristalaren egitura barruan elektron aske kantitatearekin bat datozen delako. Impuretzak sartze prozesua doping deritzogun eta impuretzak dopants deritzen dira. Pentavalente dopants, bere bostgarren elektron askea material semilegearen kristalari eman dituenak, emale izenekoak dira. Donorezko impuretzek dopatutako material semilegeak n-mota edo negatiboko material semilege bezala ezagutzen dira, elektron aske anitz dagoelako, negatiboki kargatuta.
Pentavalente fosforo atomoen ordez, boron bezalako trivalente impuretzak material semilege kristalari gehitu denean, material semilege mota desberdina sortuko da. Kasu honetan, kristalaren egitura retikularrean silizio atomo batzuk boron atomoek aldatuko dituzte, beste hitzetan, boron atomoek silizio atomoen kokapenak hartuko dituzte. Boron atomoaren hiru elektron valentsiak silizio atomo hiru inguruarekin lotura kovalenteko oso bat sortzen dute. Konfigurazio honek, boron atomo bakoitzeko silizio atomo bat izango da, bere laugarren elektron valentsirik ez duela inongo elektron inguruarekin lotura kovalenteko oso bat osatzeko. Beraz, silizio atomo horien laugarren elektron valentsiak ez dute leku bat egiten eta lotura kovalenteko oso bat osatzeko elektron bat behar dute. Hortaz, hueko bat sortuko da lotura horretan, eta hueko bat beti elektron bat eskuratzen du lotura hori betetzeko.
Hueko hau kontzeptualki pozitibo dela esaten da. Trivalente impuretzarekin dopatutako material semilegean, kovalenteko lotura asko jarraitu egiten dira zeharkatu beste lotura kovalenteko oso bat osatzeko. Lotura bat zeharkatzen denean, hueko bat sortzen da. Lotura bat osatzen denean, hueko hori desagertzen da. Modu honetan, hueko bat desagertzen da beste hueko bat agertzen den neurrian. Hueko hauek kristalaren barruan mugimendu relatiibo bat du. Hortaz, hueko hauek elektron aske bezala mugitzeko gai dira. Hueko bakoitzak elektron bat onartu dezakeenez, trivalente impuretzak akzeptore dopants deritzen dira eta akzeptore dopantsarekin dopatutako material semilegeak p-mota edo positiboko material semilege deritzegun.
N-mota material semilegean elektron askeak negatiboki kargatuta daude eta p-mota material semilegean huekoak positiboki kargatuta daude, beraz, n-mota material semilegeko elektron askeak eta p-mota material semilegeko huekoak n-mota material semilegean eta p-mota material semilegean, hurrenez hurren, maioria kargatzaile deritzen dira.
N-mota eta p-mota materialen artean beti potentzial-barra bat dago. Potentzial-barra hau fotovoltaiko edo solar gelaxken funtzionamendurako garrantzitsu da. N-mota material semilegea eta p-mota material semilegea elkar ukitzen badira, n-mota material semilegearen kontaktu-eremuan dagoen elektron askeak p-mota materialaren hueko asko aurkitzen ditu. Beraz, n-mota material semilegearen elektron askeak, kontaktu-eremuan dagoenen, p-mota materialaren hueko askoei joan eta rekombinatzeko prest daude. Ez elektron askeak bakarrik, n-mota materialaren elektron valentsiak ere, kontaktu-eremuan dagoenen, lotura kovalenteko batetik ateratzeko prest daude eta p-mota materialaren hueko askoengandik rekombinatzeko prest daude. Lotura kovalentekoak zeharkatzen direnean, n-mota materialaren kontaktu-eremuan hueko asko sortzen dira. Beraz, kontaktu-eremuan, p-mota materialaren huekoak rekombinatzen direnean desagertzen dira eta, aldi berean, n-mota materialaren kontaktu-eremuan huekoak agertzen dira. Prozesu hau huekoen mugimendu batera burutzen da p-mota material semilegean n-mota material semilegea. Beraz, n-mota material semilegea eta p-mota material semilegea elkar ukitzen denean, elektronak n-tik p-ra igaro eta huekoak p-tik n-ra igaro dute. Prozesu hau oso azkarra da, baina ez da jarraitu. Aldi batzuk ostean, p-mota material semilegean kontaktu-eremuan dagoen elektron gehiagarri (kargatzaile negatiboen) kirola sortuko da. Era berean, n-mota material semilegean kontaktu-eremuan dagoen ion positibo (kargatzaile positiboen) kirola sortuko da. Kirol negatiboen eta positiboen lodiera zehar handitu egiten da, baina, orduan, elektron gehiagorik ez da igarotuko n-mota material semilegeatik p-mota material semilegea. Honek dio, elektron bat n-mota material semilegeatik p-mota material semilegea igarotzen saiatzen denean, ion positibo kirol asko n-mota material semilegean topatzen du eta horrek elektronak igarotzea saihesten du. Era berean, huekoak ez da igarotuko n-mota material semilegea p-mota material semilegeatik. Huekoak kirol negatiboa p-mota material semilegean zeharkatzen saiatzen denean, elektron batzuekin rekombinatzen dira eta ez da igaro n-mota material semilegea.
Beste hitzetan, p-aldeko kargatzaile negatiboen kirola eta n-aldeko kargatzaile positiboen kirola batera barra bat osatzen dute, kargatzaileak bere aldetik bestera igarotzea saihesten du. Era berean, p-mota eremuan dagoen huekoak n-mota eremuan sartzeko saihesten dira. Kargatzaile positibo eta negatibo kirolen ondorioz, eremuan elektrizitate-kamio bat sortzen da eta eremua hori eremua askatasunezkoa deitzen da.
Orain silizio kristalari itzultzeko, argi bat kristal batetan erori denean, argiaren zati bat kristalak ondoratzen du eta, ondorioz, elektron valentsi batzuk aktibatzen dira eta lotura kovalenteko batetik atera eta elektron-hueko pare askeak sortzen dira.
Argi bat n-mota material semilegean erori denean, argiaren bidez sortutako elektron-hueko pareen elektronak ezin dute p-eremura igaro, potentzial-barra askatasunezko elektrizitate-kamioaren salbuespenagatik. Alde batera, argiaren bidez sortutako huekoak elektrizitate-kamioaren askatasunezko eremuan igaro eta elektronen bila joango dira, non elektronen bila joango dira eta elektronen falta p-eremuaren elektron valentsiak beteko dute, eta horrek hueko anitz sortuko ditu p-eremuan. Beraz, argiaren bidez sortutako huekoak p-eremura igaro eta bertan askatasunezko barra potentzialaren salbuespenagatik ezin dira n-eremura itzultzeko.
Negatiboki kargatuta (argiaren bidez sortutako elektronak) zatiren batetan eta positiboki kargatuta (argiaren bidez sortutako huekoak) zatiren bestetan askatasunezko barra potentzial batekin, gelaxkan bi zatiren artean potentzial-diferentzia bat dago. Potentzial-diferentzia hau oso 0.5 V da. Honela fotovoltaikoaren gelaxkak edo solar gelaxkak potentzial-diferentzia sortzen dute.
Esaldi hau: Errespetatu jatorrizkoa, artikulu onak partekatzeko balio dituzte, baldin eta urratu bat egiten baduzu harremanetan jarri ezazu ezabatzeko.
