Czy w krzemie światło widzialne jest wystarczające, aby wzbudzić większość elektronów od pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa?
Elektrony pasma walencyjnego w półprzewodniku mogą przeskakiwać do pasma przewodnictwa, jeśli zastosowana zostanie odpowiednia energia w postaci ( w tym połączeniu znalazłem punkt z odpowiedzi Samaresa i to też ma sens):
- Energia cieplna
- Energia fotonów
- Pole elektryczne
Zgodnie z tym łączem „Czerwone fotony światła przenoszą około 1,8 elektronowolta (eV) energii, podczas gdy każdy niebieski foton przesyła około 3,1 eV”.
Tak więc, jeśli umieszczę krzemową substancję stałą (która ma sieć krzemowo-krzemową z każdym krzemem dzielącym swoje elektrony walencyjne z 4 innymi krzemami) w dobrze oświetlonym pomieszczeniu, to mogę powiedzieć, że większość elektronów pasma walencyjnego (które mogą) będzie przeskoczyć do zespołu przewodzącego?
Biorąc pod uwagę, że z tego połączenia krzem ma pasmo wzbronione 1,1 eV, wydaje mi się, że zdolne elektrony byłyby promowane do pasma przewodnictwa w dobrze oświetlonym pomieszczeniu (naturalne światło słoneczne przez okna lub lampę elektryczną). Dzieje się tak, ponieważ minimalna energia fotonów ze światła widzialnego jest większa niż pasmo wzbronione.
Moje zamieszanie bierze się z pewnych punktów
- Wspomniana powyżej przerwa wzbroniona może dotyczyć jednego izolowanego atomu, a nie atomu w sieci.
- Jeśli powyższy punkt jest błędny, a podana przerwa wzbroniona rzeczywiście dotyczy atomu w sieci, to czy dotyczy wszystkich 4 elektronów walencyjnych? Jestem skłonny myśleć, że kiedy jeden elektron przeskoczy, przerwa energetyczna dla pozostałych 3 może wzrosnąć.
Czy zatem słuszne jest stwierdzenie, że w dobrze oświetlonym pomieszczeniu będziemy mieć pasmo przewodnictwa wypełnione jak najwięcej elektronami pasma walencyjnego, nawet w ustalonej temperaturze (wtedy zmienność temperatury nie będzie miała znaczenia)?
Odpowiedzi
Po pierwsze, nie wszystkie fotony o wymaganej długości fali będą generować parę nośną, zależy to również od takich czynników, jak penetracja materiału absorbera przez określony foton, określona przez współczynnik absorpcji. Poleciłbym stronę pveducation.org, która jest dobrym źródłem informacji na tego typu tematy . Nie jestem też pewien, czy to masz na myśli, ale czas życia elektronów jest dość krótki, więc wzbudzenie wszystkich elektronów na raz byłoby niemożliwe.
Aby zająć się problemami:
Pasmo wzbronione zmienia się w całej sieci w zależności od pędu - powszechnie stosowana przerwa energetyczna to najkrótsza odległość energetyczna między pasmami walencyjnymi i przewodzącymi. Stąd w półprzewodniku z pośrednią przerwą energetyczną do absorpcji wymagany jest również fonon (drgania sieci). Atom technicznie nie ma „pasma wzbronionego”, ponieważ znajduje się on tylko między HOMO i LUMO.
Gdy elektron jest przesuwany w pasmo walencyjne, ładunek protonu jest rozłożony na mniej elektronów, więc pozostałe z tego atomu byłyby trudniejsze do usunięcia (jest to łatwiejsze do wizualizacji w pojedynczym atomie). Również elektrony krzemu biorą udział w wiązaniu, więc usunięcie wszystkich 4 spowodowałoby załamanie struktury.
Mam nadzieję, że to trochę pomoże.
Nie jest jasne, o co pytasz, ale jeśli zapytasz, czy jakikolwiek elektron walencyjny może zostać wzbudzony w paśmie przewodnictwa przez ekspozycję na światło dzienne, odpowiedź brzmi: nie. Niebieskie światło ma energię 3 eV, więc może wzbudzać elektrony walencyjne tylko do 2 eV poniżej szczytu pasma walencyjnego. Pasmo walencyjne jest znacznie szersze niż 2 eV.
Wzbudzenie wszystkich elektronów walencyjnych w tym samym czasie wymaga dość dużej ilości energii i każda próba spowoduje natychmiastowe odparowanie kryształu Si.