Principium Functionis Cellulae Solaris vel Photovoltaicae

Conversio luminis in electricitatem fundatur in phaenomeno quod vocatur effectus photovoltaicus. Cum materiae semiconductores exponuntur ad lumen, quaedam photones radii luminis absorbuntur ab crystallo semiconductore, quod causat significativum numerum electronorum liberiorum in crystallum. Hoc est causa fundamentalis productionis electricitatis propter effectum photovoltaicum. Cellula photovoltaica est unitas fundamentalis systematis ubi effectus photovoltaicus utilisatur ad producendum electricitatem ex lumine. Silicon est materia semiconductrix maxime usitata ad cellulas photovoltaicas construendas. Atomum silicis quattuor electrona valentia habet. In solido crystallino, unusquisque atomus silicis singulos suos quattuor electrona valentia cum altero proximo atomo silicis dividit, ita covalentes vincula inter eos creans. Sic, crystallum silicis structuram tetraedricam obtinet. Dum radius luminis impingit in materias, aliqua pars luminis reflectitur, aliqua pars transmittitur per materias, et reliqua absorbitur a materiis.

Idem accidit quando lumen cadit in crystallum silicis. Si intensitas incidentis luminis satis magna est, sufficiens numerus photonom absorbetur a crystallum, et hi photones, sua vice, excitant aliquot electrona covalentium vinculorum. Haec excitata electrona tunc satis energiam adipiscuntur ut migrare possint a banda valentiae ad bandam conductionis. Quoniam energiam huiusmodi electronum in banda conductionis est, relinquent covalentia vincula, vacua in vinculis relictis post singulum removitum electronum. Haec vocantur electrona libera quae intra structuram crystallinam silicis movebuntur. Haec libera electrona et foramina vitaliter agunt in creatione electricitatis in cellula photovoltaica. Haec electrona et foramina ideo vocantur electrona et foramina generata lumine respectiviter. Haec electrona et foramina generata lumine non possunt producere electricitatem in crystallum silicis sola. Oportet esse aliquem mechanismum additionalem ad hoc faciendum.

Cum impuritas pentavalens, sicut phosphorus, additur ad silicium, quattuor electrona valentia uniuscuiusque atomi phosphori pentavalentis dividuntur per covalentia vincula cum quatuor vicinis atomis silicis, et quintum electronum valens non habet occasionem covalentem vinculum creandi.

Hoc quintum electronum tunc relativiter laxius ligatur cum suo parentali atomo. Etiam ad temperaturam habitam, energia thermica in crystallum praebita satis magna est ut disjungat haec relativiter laxa quinta electrona ab eorum parentali atomo phosphoro. Dum hoc quintum relativiter laxum electronum disjungitur ab parentali atomo phosphoro, atomo phosphoro immobiles iones positivi sunt. Disjunctum electronum liberum fit, sed non habet incompletum covalentem vinculum vel foramen in crystallum ad reassociandum. Haec libera electrona provenientia ex impuritate pentavalenti semper parata sunt ad conducendum currentem in semiconductore. Licet sint numeri libera electrona, tamen substantia electriciter neutra est, quoniam numerus ioniophorum phosphoricorum inclusorum in structura crystallina exacte aequat numerum libera electrona eorum exortorum. Processus inserendi impuritates in semiconductorem dicitur doping, et impuritates quae dopantur dicuntur dopantes. Pentavalentes dopantes qui donant suum quintum librum electronum semiconductori crystallo dicuntur donatores. Semiconductores dopati per impuritates donatorias dicuntur n-typus aut negativus typus semiconductor, quoniam plures liberi electrona quae natura negative carica sunt.

Cum trivalentes impuritates, sicut boron, adduntur ad crystallum semiconductoris loco atomorum phosphori pentavalentium, oppositus typus semiconductoris creabitur. In hoc casu, quaedam atomi silicis in reticulo crystallino substituentur a atomis boron, alias dictum, atomi boron occupabunt loca substitutorum atomorum silicis in structura reticulari. Tria electrona valentia atomi boron pares erunt cum electronibus valentibus trium vicinorum atomorum silicis ad creandum tria completa covalentia vincula. Pro hac configuratione, erit unus atomus silicis pro uno atomo boron, cui quartum electronum valens non inveniet vicinos electrona valentia ad completandum suum quartum covalentem vinculum. Itaque quartum electronum valens horum atomorum silicis remanet impar et ut incompletum vinculum agit. Sic erit defectus unius electronis in incompleto vinculo, et ideo incompletum vinculum semper attractum habet ad hanc defectum implendi. Sicut, est vacatio pro electrono ut sedeat.

Haec vacatio conceptu dicitur foramen positivum. In semiconductore dopato trivalente, numerus significativus covalentium vinculorum continuo dissolvitur ad complenda alia incompleta covalentia vincula. Quando unum vinculum dissolvetur, unum foramen in eo creabitur. Quando unum vinculum completum est, foramen in eo desinit. Sic, unum foramen videtur desinere aliud vicinum foramen. Sicut, foramina habent motum relativum intra crystallum semiconductoris. In hac specie, dici potest foramina quoque liberiter moveri ut libera electrona intra crystallum semiconductoris. Quoniam unumquodque foramen electronum acceptare potest, trivalentes impuritates cognoscuntur ut acceptores, et semiconductores dopati acceptoribus cognoscuntur ut p-typus aut positivus typus semiconductor.

In semiconductore n-typo principale electrona libera portant negativam carica, et in semiconductore p-typo principale foramina portant positivam carica, ideo electrona libera in semiconductore n-typo et foramina libera in semiconductore p-typo dicuntur portatores majoritarii in semiconductore n-typo et p-typo respectiviter.

Semper est barriera potentialis inter materiam n-typi et p-typi. Haec barriera potentialis essencialis est ad functionem cellulae photovoltaicae vel solaris. Dum semiconductores n-typi et p-typi se contactant, libera electrona prope superficiem contactus semiconductoris n-typi multitudinem vicina foramina materialis p-typi habent. Itaque libera electrona in semiconductore n-typo prope superficiem contactus saltant ad vicina foramina materialis p-typi ad recombinandum. Non solum libera electrona, sed etiam electrona valentia materialis n-typi prope superficiem contactus egrediuntur a covalentibus vinculis et recombinant cum vicinius foraminibus in semiconductore p-typi. Dum covalentia vincula dissolvuntur, erit numerus foraminum creatum in materia n-typi prope superficiem contactus. Itaque, prope zonam contactus, foramina in materiali p-typi desinunt propter recombinationem, et contra, foramina apparet in materia n-typi prope eandem zonam contactus. Hoc est tantum equivalent ad migrationem foraminum a p-typo ad n-typum semiconductorem. Itaque simul semiconductores n-typi et p-typi se contigunt, electrona de n-typo transferentur ad p-typum et foramina de p-typo transferentur ad n-typum. Processus est velox, sed non perpetuus. Post instantia, erit stratum caricae negativae (excessiva electrona) in semiconductore p-typo adjacente ad contactum super superficiem contactus. Similiter, erit stratum caricae positivae (iones positivi) in semiconductore n-typo adjacente ad contactum super superficiem contactus. Crassitudo horum stratorum negativi et positivi crescit usque ad certum modum, sed postea, ultra nullum electronum migrabit de semiconductore n-typi ad p-typi. Hoc quia, dum quodlibet electronum semiconductoris n-typi tentat migrare super p-typum, obviam irit strato sufficienter crasso ioniophorum positivorum in ipso semiconductore n-typi, ubi cedet sine transgressione. Similiter, foramina ultra non migrabunt ad semiconductorem n-typi ex p-typi. Foramina, cum tentant transire stratum negativum in semiconductore p-typi, recombinant cum electronis, et ultra non movetur ad regionem n-typi.

Alioqui, stratum caricae negativae in latere p-typi et stratum caricae positivae in latere n-typi simul formant barriera quae oppugnat migrationem portatorum caricae de una parte ad aliam. Similiter, foramina in regione p-typi detinentur ab intrando regionem n-typi. Propter iones positivos et negativos, erit campum electricum trans regionem, et haec regio dicitur regio depletionis.

Nunc veniamus ad crystallum silicis. Quando radius luminis impingit in crystallum, aliqua pars luminis absorbetur a crystallum, et consequenter, aliqua electrona valentia excitantur et egrediuntur a covalentibus vinculis, resultante pari libero electrona-foramina.

Si lumen impingit in semiconductorem n-typi, electrona de talibus paribus electrona-foramina generata lumine non poterunt migrare ad regionem p-typi, quoniam non poterunt transire barriera potentiale propter repulsionem campi electrici trans regionem depletionis. Simul, foramina generata lumine transibunt regionem depletionis propter attractionem campi electrici regionis depletionis, ubi recombinabunt cum electronis, et tunc defectus electronarum hic compensabitur per electrona valentia regionis p-typi, et hoc facit tantum numerum foraminum in regione p-typi. Sicut, foramina generata lumine transferuntur ad regionem p-typi, ubi capiantur, quoniam semel veniunt ad regionem p-typi, non poterunt redire ad regionem n-typi propter repulsionem barrierae potentialis.

Cum carica negativa (electrona generata lumine) capitur in una parte et carica positiva (foramina generata lumine) capitur in parte opposita cellulae, erit differentia potentialis inter duabus partibus cellulae. Haec differentia potentialis est typice 0.5 V. Sic cellulae photovoltaicae vel cellulae solares producunt differentiam potentialis.

Declaratio: Respecta originale, boni articulos meritos participandi, si infractio est contacta delere.