Sólarcella eða ljósrafsellus virkni

Ljósorka sem verður umskapað í raforku byggist á efnahverfi sem kallast ljósvoltás. Þegar halvleiðandi efni er sýnt ljósi, þá er einhver hluti af ljósbúkum ljóssins tekið upp af halvleiðandi krystalli, sem gerir að stærri fjölda óbundinnra elektróna í krystalli. Þetta er grunnvallarorðið fyrir framleiðslu rafmagns vegna ljósvoltás. Ljósvoltasellur eru grunnhvörpunarkrystillar sem nota ljósvoltás til að framleiða rafmagn úr ljósi. Sílika er mest notað halvleiðandi efni til að smíða ljósvoltasellur. Sílikaátóm hefur fjögur valenslektrón. Í fastu krystilli deila hver sílikaátóm allt að fjögur valenslektrón með næstu sílikaátómi, sem skilgreinir kovalent bænda milli þeirra. Með þessari aðferð fær sílika krystill tetradeildu gitterstruktúru. Þegar ljós rennir á efni, er einnig hluti ljóssins endurþekkt, einnig hluti ljóssins fer gegnum efnið og resturinn er tekið upp af efnið.

Sama ferli fer fram þegar ljós rennir á sílikakrystil. Ef ljósmagn er nógu stórt, þá er nokkur fjöldi ljósbúka tekið upp af krystillinu og þessir ljósbúkar, í nákvæmlega sömu tíma, hvetja sumar af elektrónunum í kovalent bændum. Þessi hvöttu elektrón fá þá nokkra orku til að flytjast frá valensbandi til leitandsbandi. Þar sem orkulag þessara elektróna er í leitandsbandi, brotna þau af kovalent bændum og láta bakvið sig gátt í bándinu. Þetta eru kölluð óbundinn elektrón sem flytast slembilega innan krystilsins. Þessi óbundinni elektrón og gátt hafa mikilvægar aðstæður við framleiðslu rafmagns í ljósvoltasellu. Þessi elektrón og gátt eru því kölluð ljósgenert elektrón og gátt átæk. Þessi ljósgeneruðu elektrón og gátt geta ekki framleitt rafmagn í sílikakrystilinu sjálfa. Það ætti að vera einhver viðbótarefni til að gera það.

Þegar femvalent dreifefni eins og fosfor er bætt við sílikanum, þá eru fjögur valenslektrón hvers fosforátóms deilt í kovalent bændum við fjóra næsta sílikaátóm, en fimmta valenslektrón fær enga möguleika á að búa til kovalent band.

Þetta fimmta elektrón er þá mun svikalega bundið við foreldraátóm sitt. Jafnvel á herbergistemperaturu er hitaverkmiðið í krystillinum nógu stórt til að losa þessa svikalega bundna fimmta elektrón frá foreldrafosforátóminu. Þegar þetta fimmta svikalega bundna elektrón er losað frá foreldrafosforátóminu, þá verður fosforátómið óhreyfjanlegt jákvæðt jon. Þetta losnu elektrón verður óbundið en hefur ekki neina ófullkomna kovalent band eða gátt í krystilinu til að endurtaka. Þessi óbundinni elektrón komnar frá femvalentum dreifefni eru alltaf tilbúnir til að leiða straum í halvleiðandi efni. Þótt séu margar óbundinni elektrón, er efnið jafnframt óhlaupalegt rafmagnslega vegna þess að fjöldi jákvæðra fosforjonanna lokuð inn í krystilsins struktúru er nákvæmlega jafn fjöldi óbundinnra elektróna sem kemur úr þeim. Ferlið sem samanstendur í að setja dreifefni í halvleiðandi efni er kölluð dreifing, og dreifefnin sem er dreift eru kölluð dreifiefni. Femvalent dreifiefni sem gefa sitt fimmta óbundið elektrón í halvleiðandi krystil eru kölluð gefendur. Halvleiðandi efni dreift með gefandadreifiefni eru kölluð n-gerð eða neikvæð gerð sem halvleiðandi efni vegna þess að það er mikið óbundinnra elektróna sem eru af neikvæðu tegund.

Þegar í stað femvalenta fosforátóma er bætt trivalentum dreifiatóma eins og bórr til halvleiðandi krystils, þá verður mótsvarað gerð halvleiðandi efna. Í þessu tilfelli verða sumar sílikaátóm í krystilnettinu skipt út fyrir bórrátóm, annaðhvort búi bórrátóm pláss fyrir skipta sílikaátóm í netstruktúrunni. Þrír valenslektrón bórrátóma mynda þrjár fullkomnar kovalent bændur með valenslektrón þriggja næstu sílikaátóma. Fyrir þessa skipulag verður til einn sílikaátóm fyrir hvert bórrátóm, fjarði valenslektrón hans finnur ekki nein nágrannar valenslektrón til að fullnægja fjarði kovalent bandi. Þannig verður fjarði valenslektrón þessara sílikaátóma óparið og fer eins og ófullkomint band. Þannig verður til mangl af einu elektróni í ófullkomnu bandinu, og þannig drá eggjar alltaf elektrón til að fullnægja þessum mangl. Þannig er það pláss fyrir elektrón til að sitja.

Þetta pláss er hugmyndalega kölluð jákvæð gátt. Í trivalent dreifefni dreift halvleiðandi efni, er stór fjöldi kovalent bænda lögunlega brotnað til að fullnægja öðrum ófullkomnum kovalent bændum. Þegar eitt band er brotinn, þá er eitt gátt búið til í honum. Þegar eitt band er fullnægt, þá forðast gáttin í honum. Í þessu hátt forðast eitt gátt til að birtast annað nágrenni gátt. Þannig hafa gáttir relatíva hreyfingu innan halvleiðandi krystils. Í þessu ljósi má segja að gáttir geta einnig farið óbundið eins og óbundinni elektrón innan halvleiðandi krystils. Þar sem hver gátt getur tekið við elektrón, eru trivalent dreifiefni kölluð tekjendur og halvleiðandi efni dreift með tekjendadreifiefni eru kölluð p-gerð eða jákvæð gerð halvleiðandi efni.

Í n-gerð halvleiðandi efni bera óbundinni elektrón neikvæða töflu og í p-gerð halvleiðandi efni bera gáttir í staðinn jákvæða töflu, þannig að óbundinni elektrón í n-gerð halvleiðandi efni og óbundinni gátt í p-gerð halvleiðandi efni eru kölluð margsamtalsbærar í n-gerð halvleiðandi efni og p-gerð halvleiðandi efni átæk.

Það er alltaf spennufaldur á milli n-gerðar og p-gerðar efna. Þessi spennufaldur er nauðsynlegur fyrir virka ljósvoltasellu eða sólsellu. Þegar n-gerð halvleiðandi efni og p-gerð halvleiðandi efni snúast við hvort öðrum, fara óbundinni elektrón nær snertispunktinum á n-gerð halvleiðandi efni í nágrenni gátt í p-gerð efni til að sameinast. Ekki bara óbundinni elektrón, heldur valenslektrón í n-gerð efni nær snertispunktinum koma líka úr kovalent bændum og sameinast með nágrenni gátt í p-gerð efni. Þegar kovalent bænd brotna, verða til margar gátt í n-gerð efni nær snertispunktinum. Þannig forðast gátt í p-gerð efni nær snertispunktinum vegna sameiningar, en gátt birtast í n-gerð efni í sama snertispunkt. Þetta er eins og flæði gátt frá p-gerð efni til n-gerð efni. Svo snart ein n-gerð halvleiðandi efni og ein p-gerð halvleiðandi efni snúast við hvort öðrum, fara elektrón frá n-gerð efni yfir í p-gerð efni og gátt frá p-gerð efni yfir í n-gerð efni. Ferlið er mjög hratt en heldur ekki áfram alltaf. Eftir sumar augnablik verða þarna lag negatívar töflu (ofurmargir elektrón) í p-gerð efni næst snertispunktinum langs snertispunktflötins. Líka verða þarna lag jákvæðrar töflu (jákvæð jon) í n-gerð efni næst snertispunktinum langs snertispunktflötins. Dýpt þessara negatíva og jákvæða töflu laga stækkar upp í ákveðna margvið, en eftir það fara engir fleiri elektrón yfir frá n-gerð efni til p-gerð efni. Þetta er vegna þess að þegar einhver elektrón í n-gerð efni reynir að fara yfir í p-gerð efni, stendur hann fyrir næstan dýpt lag jákvæðra jon í n-gerð efni sjálfa, sem hann falla í án þess að fara yfir. Líka fara engar fleiri gátt yfir í n-gerð efni frá p-gerð efni. Þegar gáttir reyna að fara yfir í negatíva lag í p-gerð efni, sameinast þær við elektrón og engin frekari hreyfing til n-gerð svæðis.

Með öðrum orðum, negatíva töflu lag í p-hlið og jákvæða töflu lag í n-hlið saman mynda sperrivall sem hættir flæði töflubærara frá einu hliði til annars. Líka eru gáttir í p-svæðinu haldið til baka frá að fara í n-svæðið. Vegna jákvæðrar og negatívar töflu laga, er þarna raforkufalt á milli svæðanna og þetta svæði er kölluð eyðilag.

Nú skulum við skoða sílikakrystilinn. Þegar ljós rennir á krystilinn, er einnig hluti ljóssins tekið upp af krystilnum, og í samræmi með því eru sumar valenslektrón hvött og koma úr kovalent bændum, sem gerir óbundinni elektrón-gátt par.

Ef ljós rennur á n-gerð halvleiðandi efni, þá geta elektrón úr ljósgeneruðu elektrón-gátt par ekki farið yfir í p-svæðið vegna þess að þau geta ekki krossað spennufaldar vegna ógnarraforkufalts í eyðilagsvæðinu. Samtímis krossa ljósgeneruðu gátt eyðilagsvæðið vegna draga raforkufalts í eyðilagsvæðinu, þar sem þau sameinast við elektrón, og manglar elektróna hér er kompenséruð af valenslektrónum í p-svæðinu, sem gerir að sama fjölda gátt í p-svæðinu. Þannig eru ljósgeneruðu gátt færð yfir í p-svæðið, þar sem þær eru fengnar, vegna þess að þegar þær koma í p-svæðið, geta þær ekki komið aftur í n-gerð svæðið vegna ógnar spennufaldar.

Þar sem neikvæð töflu (ljósgeneruðu elektrón) eru fengnar á einu hliði og jákvæð töflu (ljósgeneruðu gátt) eru fengnar á hinu hliði sellus, verður þarna spenna á milli þessara tveggja hliða sellus. Þessi spenna er venjulega 0,5 V. Þannig framleiða ljósvoltasellur eða sólsellur spennu.

Yfirlýsing: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.