太陽エネルギー-光起電力効果

光起電力効果の概念を学ぶ前に、PN接合の基本的な知識を持っていることが不可欠です。

PN接合

PN接合は、米国のベル研究所のラッセルによって発明されました。これは、2つの半導体、つまりP型とN型の間の接合部を指します。ラッセルは、2つの半導体が接合部で興味深い振る舞いをしており、一方向にのみ伝導を引き起こすことを発見しました。

P型半導体は、多数電荷キャリアとして正孔（電子が存在しない）を持っています。N型半導体は、多数電荷キャリアとして電子を持っています。

上記の図では、ジャンクションで-

余分な電荷は反対側の接合部に拡散し、p側の正電荷が負電荷を獲得して中和します。
同様に、N側の負電荷は正電荷を獲得し、それらを中和します。
これにより、この領域を中性にして平衡状態にするために余分な電荷が枯渇する両側にマージン（m）が形成されます。この領域は、depletion layer どちらの側からも無料で交差します。
空乏層はポテンシャル障壁を提供するため、それを克服するには外部電圧が必要です。このプロセスはbiasing。
実施するには、 forward biasing、印加電圧は、電子（負）をn接合から接合のp側に向けてポンピングする必要があります。電流の連続的な流れは、正孔を埋めるための電子の一定の動き、したがって空乏層を横切る伝導を保証します。
と呼ばれるプロセスで、印加電圧を逆転させる reverse biasing、正孔と電子が離れてドリフトし、空乏層が増加します。
外部負荷は太陽電池に接続され、正の端子はN側のウェーハに接続され、負の端子はP側のウェーハに接続されます。電位差はによって作成されますphotovoltaic 効果。

光子によって置き換えられた電子によって得られる電流は、有意な電位差を与えるのに十分ではありません。したがって、電流はさらに衝突を引き起こし、より多くの電子を放出するために含まれています。

太陽電池は、太陽エネルギーを取り込む際にpn接合の概念を利用しています。次の図は、半導体のフェルミ準位を示しています。

半導体が伝導するためには、電子が価電子帯から伝導帯へのエネルギーギャップを横切る必要があります。これらの電子は、原子価ギャップを移動して移動するために、いくらかのエネルギーを必要とします。太陽電池では、太陽から放出された光子がギャップを克服するために必要なエネルギーを提供します。

表面に入射した光子は、吸収、反射、または透過する可能性があります。それが反射または透過した場合、それは電子を取り除くのに役立たず、したがって無駄になります。したがって、光子を吸収して、電子を移動させ、原子価ギャップを越えて移動させるために必要なエネルギーを提供する必要があります。

E _phが光子のエネルギーであり、EGがエネルギーギャップを越えるためのしきい値エネルギーである場合、光子が半導体の表面に当たったときに起こりうる結果は次のとおりです。

ほとんどの場合、半導体の吸収係数は、太陽からのエネルギーを吸収する効率を決定するために使用されます。係数が低いと、吸収が不十分です。したがって、光子がどこまで進むかは、吸収係数（α）と放射線の波長（λ）の両方の要因になります。

$$ \ alpha \：= \：\ frac {4 \ pi k} {\ lambda} $$

ここで、kは吸光係数です。