सोलर सेल वा फोटोव्होल्टेइक सेलको कामकाजी सिद्धान्त
प्रकाश ऊर्जा को विद्युत ऊर्जामा परिवर्तन फोटोवोल्टेइक प्रभाव भनिने घटनाको आधारमा आधारित छ। जब सेमीकंडक्टर सामग्रीहरू प्रकाशमा लगाउँदा, प्रकाश रश्मिका केही फोटनहरू सेमीकंडक्टर क्रिस्टलद्वारा अवशोषित हुन्छन् जसले क्रिस्टलमा एक महत्त्वपूर्ण संख्यामा स्वतंत्र इलेक्ट्रॉनहरू उत्पन्न गर्छ। यो फोटोवोल्टेइक प्रभावको कारण विद्युत उत्पन्न गर्ने बुनियादी कारण हो। फोटोवोल्टेइक सेल यो व्यवस्थाको बुनियादी एकाइ हो जहाँ फोटोवोल्टेइक प्रभावले प्रकाश ऊर्जालाई विद्युत ऊर्जामा परिवर्तन गर्छ। सिलिकन सेमीकंडक्टर सामग्री बनाउनको लागि सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिने सामग्री हो। सिलिकन परमाणुमा चार वालेन्स इलेक्ट्रॉनहरू छन्। ठोस क्रिस्टलमा, प्रत्येक सिलिकन परमाणुले आफ्नो चार वालेन्स इलेक्ट्रॉनहरूलाई अर्को नजिकको सिलिकन परमाणुसँग भाग गर्छ जसले उनीहरूबीच कोवेलेन्ट बन्ध बनाउँछ। यस तरिकाले, सिलिकन क्रिस्टल एक टेट्राहेड्रल लेटिस संरचना प्राप्त गर्छ। जब प्रकाश रश्मि कुनै सामग्रीमा प्रहार गर्छ, प्रकाशको केही भाग प्रतिबिंबित हुन्छ, केही भाग सामग्रीद्वारा ट्रान्समिट गरिन्छ र बाकी भाग सामग्रीद्वारा अवशोषित हुन्छ।
यो उत्तरी गर्दा जब प्रकाश सिलिकन क्रिस्टलमा प्रहार गर्छ, त्यसपछि पनि यस्तो गर्छ। यदि आगत प्रकाशको तीव्रता धेरै उच्च हुन्छ, त्यसपछि धेरै संख्यामा फोटनहरू क्रिस्टलद्वारा अवशोषित हुन्छन् र यी फोटनहरूले बारेमा कोवेलेन्ट बन्धको केही इलेक्ट्रॉनहरूलाई उत्तेजित गर्छ। यी उत्तेजित इलेक्ट्रॉनहरूले त्यसपछि वालेन्स बँडबाट चालन बँडमा चलानको लागि पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त गर्छन्। यी इलेक्ट्रॉनहरूको ऊर्जा स्तर चालन बँडमा रहन्छ, त्यसैले तीहरू कोवेलेन्ट बन्धबाट छाड्छन् र प्रत्येक छाडिएको इलेक्ट्रॉनको लागि बन्धमा एक छेद छोड्छन्। यी छेदहरू स्वतंत्र इलेक्ट्रॉनहरू भनिन्छन् र सिलिकनको क्रिस्टल संरचनामा यादृच्छिक रूपमा चल्छन्। यी स्वतंत्र इलेक्ट्रॉनहरू र छेदहरू फोटोवोल्टेइक सेलमा विद्युत उत्पन्न गर्ने लागि बुनियादी भूमिका खेल्छन्। यी इलेक्ट्रॉनहरू र छेदहरू त्यसैले अनुक्रमिक रूपमा प्रकाश-निर्मित इलेक्ट्रॉनहरू र छेदहरू भनिन्छन्। यी प्रकाश-निर्मित इलेक्ट्रॉनहरू र छेदहरू सिलिकन क्रिस्टलमा अकेली विद्युत उत्पन्न गर्न सक्दैनन्। त्यसको लागि केही अतिरिक्त तन्त्र चाहिएको छ।
जब सिलिकनमा पेन्टावलेन्ट दुष्प्रभाव जस्तै फास्फोरस थपिन्छ, प्रत्येक पेन्टावलेन्ट फास्फोरस परमाणुको चार वालेन्स इलेक्ट्रॉनहरूले चार नजिकको सिलिकन परमाणुहरूसँग कोवेलेन्ट बन्ध बनाउँछन् र पाँचौं वालेन्स इलेक्ट्रॉनले कोवेलेन्ट बन्ध बनाउनको कुनै अवसर पाउँदैन।
यो पाँचौं इलेक्ट्रॉन त्यसपछि आफ्नो मातृ परमाणुसँग धेरै लामो बन्ध बनाउँछ। यो रूपमा, यो इलेक्ट्रॉन क्रिस्टलमा उपलब्ध थर्मल ऊर्जाले आफ्नो मातृ फास्फोरस परमाणुबाट वियोजित हुन सक्छ। यी इलेक्ट्रॉन वियोजित हुन्दा, फास्फोरस परमाणुले निर्गत धनात्मक आयनहरू बनाउँछ। यो वियोजित इलेक्ट्रॉन स्वतंत्र हुन्छ तर यसलाई फिर्ता जोड्न जाने कोई अधूरो कोवेलेन्ट बन्ध वा छेद छैन। यी स्वतंत्र इलेक्ट्रॉनहरू सेमीकंडक्टरमा धारा चलान गर्न सदैव तयार रहन्छन्। यद्यपि धेरै संख्यामा स्वतंत्र इलेक्ट्रॉनहरू छन्, तर यो पदार्थ विद्युत रूपमा न्यूट्रल रहन्छ किनभने निर्गत धनात्मक फास्फोरस आयनहरूको संख्या उनीहरूबाट निर्गत इलेक्ट्रॉनहरूको संख्यासँग बराबर छ। सेमीकंडक्टरमा दुष्प्रभाव थप्ने प्रक्रिया डोपिङ भनिन्छ, र डोपिङ गरिने दुष्प्रभावहरूलाई डोपेन्टहरू भनिन्छ। यी पाँचौं स्वतंत्र इलेक्ट्रॉनहरूलाई सेमीकंडक्टर क्रिस्टलमा दान गर्ने पेन्टावलेन्ट डोपेन्टहरूलाई दाता भनिन्छ। दाता डोपेन्टहरूले डोपिङ गरेका सेमीकंडक्टरलाई n-प्रकार वा नकारात्मक प्रकारको सेमीकंडक्टर भनिन्छ किनभने यहाँ प्राकृतिक रूपमा नकारात्मक आवेशित स्वतंत्र इलेक्ट्रॉनहरू धेरै छन्।
जब पेन्टावलेन्ट फास्फोरस परमाणुहरूको बजाय ट्रायवलेन्ट दुष्प्रभाव परमाणुहरू जस्तै बोरोन सेमीकंडक्टर क्रिस्टलमा थपिन्छ, त्यसपछि विपरीत प्रकारको सेमीकंडक्टर उत्पन्न हुन्छ। यस मामलामा, क्रिस्टल लेटिसमा केही सिलिकन परमाणुहरूलाई बोरोन परमाणुहरूले बदल्नेछ, यानी, बोरोन परमाणुहरूले बदलिएको सिलिकन परमाणुहरूको स्थान लेटिस संरचनामा लिनेछ। बोरोन परमाणुको तीन वालेन्स इलेक्ट्रॉनहरूले तीन नजिकको सिलिकन परमाणुहरूको वालेन्स इलेक्ट्रॉनहरूसँग तीन पूर्ण कोवेलेन्ट बन्ध बनाउँछन्। यी व्यवस्थामा, प्रत्येक बोरोन परमाणुको लागि एउटा सिलिकन परमाणु हुन्छ, जसको चारौं वालेन्स इलेक्ट्रॉनले आफ्नो चारौं कोवेलेन्ट बन्ध पूरा गर्नको लागि नजिकको वालेन्स इलेक्ट्रॉनहरू पाउँदैन। त्यसैले यी चारौं वालेन्स इलेक्ट्रॉनहरू अपेक्षाकृत अपूर्ण रहन्छन् र यी अपूर्ण बन्ध रहन्छन्। यसले इलेक्ट्रॉनको लागि एक रिक्त स्थान छोड्छ।
यो रिक्त स्थान धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै धेरै......
(Translation continues, but the text provided seems to have an error or is incomplete. Please provide the full text for a complete translation.)
