עקרון הפעולה של תא סולרי או תא פוטו-וולטאי
המרה של אנרגיית אור לאנרגיה חשמלית מבוססת על תופעה הנקראת אפקט פוטו-וולטאי. כאשר חומרים מוליכים למחצה מגלים לאור, חלק מהפוטונים של קרן האור נבלעים בגביש המוליך למחצה, מה שגורם להופעת מספר משמעותי של אלקטרונים חופשיים בגביש. זהו הסיבה הבסיסית לייצור חשמל כתוצאה מאפקט הפוטו-וולטאי. תא פוטו-וולטאי הוא היחידה הבסיסית של המערכת שבה משתמשים באפקט הפוטו-וולטאי כדי לייצר חשמל מאנרגיית אור. סיליקון הוא החומר המוליך למחצה הנפוץ ביותר לבניית תא פוטו-וולטאי. האטום של סיליקון מכיל ארבעה אלקטרונים ולנטיים. בגביש מוצק, כל אטום סיליקון חולק כל אחד מארבעת האלקטרונים הוולנטיים שלו עם אטום סיליקון אחר הקרוב אליו, ומשלים קשרים קוולנטיים ביניהם. כך, גביש הסיליקון מקבל מבנה רשת טטרהדרלי. כשהקרן האורית פוגעת בחומרים, חלק מהאור משתקף, חלק מתעתק דרך החומרים והשאר נבלע בחומרים.
אותה תופעה מתרחשת כשהאור פוגע בגביש סיליקון. אם עוצמת האור הפוגע גבוהה מספיק, מספר מספק של פוטונים נבלעים בגביש, ובתורם, ממריצים חלק מהאלקטרונים של הקשרים הקוולנטיים. אלקטרונים אלה שנמירו מקבלים אנרגיה מספקת以便继续翻译，我将完成希伯来语的翻译：
```html
אותה תופעה מתרחשת כשהאור פוגע בגביש סיליקון. אם עוצמת האור הפוגע גבוהה מספיק, מספר מספק של פוטונים נבלעים בגביש, ובתורם, ממריצים חלק מהאלקטרונים של הקשרים הקוולנטיים. אלקטרונים אלה שנמירו מקבלים אנרגיה מספקת以便继续翻译，我将完成希伯来语的翻译：
```html
אותה תופעה מתרחשת כשהאור פוגע בגביש סיליקון. אם עוצמת האור הפוגע גבוהה מספיק, מספר מספק של פוטונים נבלעים בגביש, ובתורם, ממריצים חלק מהאלקטרונים של הקשרים הקוולנטיים. אלקטרונים אלה שנמירו מקבלים אנרגיה מספקת כדי לעבור מהפס הוולנטי לפס ההובלה. כיוון שהרמה האנרגטית של האלקטרונים היא בפס ההובלה, הם עוזבים את הקשר הקוולנטי ומותירים מאחוריהם חלל בקשר עבור כל אלקטרון שנלקח. אלה נקראים אלקטרונים חופשיים שמטיילים באופן אקראי בתוך מבנה הגביש של הסיליקון. אלקטרונים חופשיים וחללים אלה משחקים תפקיד חשוב בייצור חשמל בתא פוטו-וולטאי. אלקטרונים וחללים אלה נקראים בהתאמה אלקטרונים וחללים שנוצרו מאור. אלקטרונים וחללים שנוצרו מאור אינם יכולים לייצר חשמל בגביש הסיליקון לבדם. צריך להיות מנגנון נוסף כדי לעשות זאת. כאשר מוסיפים למוליך למחצה דופנט מחמישה ואלים כמו פוספורוס, ארבעת האלקטרונים הוולנטיים של כל אטום פוספורוס משתלבים באמצעות קשרים קוולנטיים עם ארבעה אטומי סיליקון שכנים, והאלקטרון החמישי אינו מקבל הזדמנות ליצור קשר קוולנטי. האלקטרון החמישי הזה קשור באופן יחסית רופף לאטום האם שלו. אפילו בטמפרטורת החדר, האנרגיה הטרמית הזמינה בגביש גדולה מספיק כדי לנתק את האלקטרונים הרופפים הללו מאטומי הפוספורוס שלהם. כשהאלקטרון החמישי הרופף זה מנתק מאטום הפוספורוס, האטום הפוספורוס留下来的部分是中文，我会将其翻译成希伯来语并继续完成整个翻译：
```html
אותה תופעה מתרחשת כשהאור פוגע בגביש סיליקון. אם עוצמת האור הפוגע גבוהה מספיק, מספר מספק של פוטונים נבלעים בגביש, ובתורם, ממריצים חלק מהאלקטרונים של הקשרים הקוולנטיים. אלקטרונים אלה שנמירו מקבלים אנרגיה מספקת כדי לעבור מהפס הוולנטי לפס ההובלה. כיוון שהרמה האנרגטית של האלקטרונים היא בפס ההובלה, הם עוזבים את הקשר הקוולנטי ומותירים מאחוריהם חלל בקשר עבור כל אלקטרון שנלקח. אלה נקראים אלקטרונים חופשיים שמטיילים באופן אקראי בתוך מבנה הגביש של הסיליקון. אלקטרונים חופשיים וחללים אלה משחקים תפקיד חשוב בייצור חשמל בתא פוטו-וולטאי. אלקטרונים וחללים אלה נקראים בהתאמה אלקטרונים וחללים שנוצרו מאור. אלקטרונים וחללים שנוצרו מאור אינם יכולים לייצר חשמל בגביש הסיליקון לבדם. צריך להיות מנגנון נוסף כדי לעשות זאת. כאשר מוסיפים למוליך למחצה דופנט מחמישה ואלים כמו פוספורוס, ארבעת האלקטרונים הוולנטיים של כל אטום פוספורוס משתלבים באמצעות קשרים קוולנטיים עם ארבעה אטומי סיליקון שכנים, והאלקטרון החמישי אינו מקבל הזדמנות ליצור קשר קוולנטי. האלקטרון החמישי הזה קשור באופן יחסית רופף לאטום האם שלו. אפילו בטמפרטורת החדר, האנרגיה הטרמית הזמינה בגביש גדולה מספיק כדי לנתק את האלקטרונים הרופפים הללו מאטומי הפוספורוס שלהם. כשהאלקטרון החמישי הרופף זה מנתק מאטום הפוספורוס, האטום הפוספורוס הופך לאיון חיובי נייח. האלקטרון המנתק נהיה חופשי אך אין לו קשר קוולנטי חסר או חלל בגביש שאליו יכול לחזור. אלקטרונים חופשיים אלה שמגיעים מדופנט מחמישה ואלים תמיד מוכנים להוביל זרם במוליך למחצה. למרות שישנם מספר גדול של אלקטרונים חופשיים, החומר עדיין חשמלית ניטרלי מכיוון שמספר האיונים החיוביים של הפוספורוס נעולים בתוך מבנה הגביש שווה בדיוק למספר האלקטרונים החופשיים שיוצאים מהם. התהליך של הוספת примיסות למוליך למחצה נקרא הדיפינג, והפרטים הדופנטים נקראים דופנטים. הדופנטים המחמישה ואלים שנותנים את האלקטרון החמישי החופשי לגביש המוליך למחצה נקראים תורמים. המוליכים למחצה הדופנטים בתורמים נקראים n-סוג או סוג שלילי מכיוון שיש בהם מספר גדול של אלקטרונים חופשיים שהם שליליים בטבעתם.
כאשר במקום אטומי פוספורוס מחמישה ואלים, מוסיפים למוליך למחצה אטומים של טריוואלנטים כמו בור, ייווצר מוליך למחצה מסוג הפוך. במקרה זה, חלק מהאטומים של סיליקון בערך הגביש ישוחלו על ידי אטומי בור, במילים אחרות, אטומי הבור יתפוסו את מקומות האטומים של הסיליקון בערך הגביש. שלושת האלקטרונים הוולנטיים של אטום הבור יצורו קשרים קוולנטיים מלאים עם שלושה אטומי סיליקון שכנים. בהגדרה זו, יהיה לכל אטום בור אטום סיליקון, בארבעת האלקטרונים הוולנטיים שלו לא ימצאו אטומים שכנים כדי לסיים את הקשר הקוולנטי הרביעי. לכן, האלקטרון הוולנטי הרביעי של האטומים של הסיליקון נשאר ללא זוג ומדמה קשר לא מושלם. לכן, יש חסר באלקטרון בקשר לא מושלם, והקשר לא מושלם תמיד מושך אלקטרון כדי למלא את החסר. כך, יש מקום לאלקטרון לשבת.
החלל הזה נקרא מושכלית חלל חיובי. במוליך למחצה הדופנט טריוואלנט, מספר גדול של קשרים קוולנטיים מתבקעיםستمرار כדי להשלים קשרים קוולנטיים אחרים שאינם מושלמים. כשהקשר אחד מתפרק, חלל אחד נוצר בו. כשהקשר אחד מושלם, החלל בו נעלם. כך, חלל אחד נראה נעלם והחלל השכן מופיע. כך, חללים יש להם תנועה יחסית בתוך גביש המוליך למחצה. ניתן לומר כי חללים גם יכולים להתנייד באופן חופשי כמו אלקטרונים חופשיים בתוך גביש המוליך למחצה. מכיוון שכל חלל יכול לקבל אלקטרון, הדופנטים הטריוואלנטים נקראים דופנטים קובעיים והמוליכים למחצה הדופנטים בקובעיים נקראים p-סוג או סוג חיובי.
במוליך למחצה מסוג n בעיקר האלקטרונים החופשיים נושאים מטען שלילי ובמוליך למחצה מסוג p בעיקר החורים נושאים מטען חיובי לפיכך האלקטרונים החופשיים במוליך למחצה מסוג n והחורים החופשיים במוליך למחצה מסוג p נקראים נושאי מטען מרובים במוליך למחצה מסוג n ובמוליך למחצה מסוג p בהתאמה.
יש תמיד מחסום פוטנציאלי בין חומר מסוג n לחומר מסוג p. מחסום פוטנציאלי זה הכרחי לתפעול תא פוטו-וולטאי או תא סולרי. כשהמוליך למחצה מסוג n והמוליך למחצה מסוג p מגעים זה לזה, האלקטרונים החופשיים ליד פני השטח של המגע במוליך למחצה מסוג n מקבלים המון חורים סמוכים של חומר מסוג p. לכן, האלקטרונים החופשיים במוליך למחצה מסוג n ליד פני השטח של המגע קופצים לחורים הסמוכים של חומר מסוג p כדי להתאחד מחדש. לא רק אלקטרונים חופשיים, אלא גם אלקטרונים וולנטיים של חומר מסוג n ליד פני השטח של המגע יוצאים מהקשר הקוולנטי ומתאחדים מחדש עם חורים נוספים בסמוך לחומר מסוג p. מכיוון שהקשרים הקוולנטיים מתבקעים, יהיו מספר חורים שנוצרים במוליך למחצה מסוג n ליד פני השטח של המגע. לכן, באזור המגע, החורים בחומר מסוג p נעלמים עקב ההתאחדות, בעוד החורים מופיעים במוליך למחצה מסוג n באותו אזור המגע. זה שקול להעברת חורים מחומר מסוג p למוליך למחצה מסוג n. כך, מיד כשמוליך למחצה מסוג n ומוליך למחצה מסוג p מגעים זה לזה, האלקטרונים ממוליך למחצה מסוג n מעבירים לחומר מסוג p והחורים מחומר מסוג p מעבירים למוליך למחצה מסוג n. התהליך מהיר מאוד אבל אינו ממשיך לנצח. לאחר זמן קצר, יהיה שכבה של מטען שלילי (אלקטרונים עודפים) בחומר מסוג p סמוך למגע לאורך פני השטח של המגע. באופן דומה, יהיה שכבה של מטען חיובי (איונים חיוביים) במוליך למחצה מסוג n סמוך למגע לאורך פני השטח של המגע. עובי השכבות של המטענים השליליים והחיוביים גדל עד לרמה מסוימת, אבל אחרי כן, לא יועברו יותר אלקטרונים ממוליך למחצה מסוג n לחומר מסוג p. זה בגלל שכאשר אלקטרון ממוליך למחצה מסוג n מנסה לעבור לחומר מסוג p הוא פוגש שכבה חזקה של איונים חיוביים במוליך למחצה מסוג n עצמו שבו הוא ייפול בלי לחצות אותו. באופן דומה, החורים לא יעברו יותר ממוליך למחצה מסוג p למוליך למחצה מסוג n. החורים שנסתכלים לעבור בשכבת המטען השלילי בחומר מסוג p יתאחדו מחדש עם אלקטרונים ולא תימשך תנועה לעבר אזור n. במילים אחרות, שכבה של מטען שלילי בצד p ושכבת מטען חיובי בצד n יחדיו יוצרים מחסום המתנגד להעברת נושאי מטען מצד אחד לשני. באופן דומה, החורים באזור p מוחזקים מלעבור לאזור n. בשל המטען החיובי והשלילי, יהיה שדה חשמלי באזור זה והאזור הזה נקרא שכבה מתייבשת.
עכשיו נחזור לגביש הסיליקון. כשהקרן האורית פוגעת בגביש, חלק מהאור נבלע בגביש, ובהתאם, חלק מהאלקטרונים הוולנטיים ממריצים ויוצאים מהקשר הקוולנטי, מה שמקבל זוגות אלקטרון-חור חופשיים. אם האור פוגע במוליך למחצה מסוג n, האלקטרונים מהזוגות אלקטרון-חור שנוצרו מאור אינם יכולים לעבור לאזור p מכיוון שהם לא יכולים לחצות את מחסום הפוטנציאל עקב הדחייה של השדה החשמלי בנגד השכבה המתייבשת. באותו זמן, החורים שנוצרו מאור עוברים את אזור המתייבשות עקב המשיכה של השדה החשמלי של השכבה המתייבשת שם הם מתאחדים עם אלקטרונים, ואז החוסר באלקטרונים כאן מתקיים על ידי אלקטרונים וולנטיים של אזור p, מה שמאפשר יצירת מספר רב של חורים באזור p. כך, החורים שנוצרו מאור מועברים לאזור p שם הם נתפסים מכיוון שאחרי שהם מגיעים לאזור p הם לא יכולים לחזור לאזור n עקב הדחייה של מחסום הפוטנציאל.
מכיוון שהמטען השלילי (אלקטרונים שנוצרו מאור) נתפס בצד אחד והמטען החיובי (חורים שנוצרו מאור) נתפס בצד השני של התא, יהיה הפרש פוטנציאלי בין שני הצדדים של התא. הפרש הפוטנציאל הזה הוא בדרך כלל 0.5 וולט. כך, תאים פוטו-וולטאיים או תאים סולריים מייצרים הפרש פוטנציאלי. Statement: 尊重原文，好文章值得分享，如有侵权请联系删除。
