Güneş Enerjisi - Fotovoltaik Etki
Fotovoltaik Etki kavramını öğrenmeye geçmeden önce, PN Kavşakları hakkında bazı temel bilgilere sahip olmamız çok önemlidir.
PN Kavşağı
PN Junction, ABD'deki Russell of Bell laboratuvarları tarafından icat edildi. İki yarı iletken, yani P-Tipi ve N-tipi arasındaki bir bağlantıyı ifade eder. Russell, iki yarı iletkenin kavşakta yalnızca tek yönde iletime neden olan ilginç bir davranışa sahip olduğunu keşfetti.
P tipi bir yarı iletken, çoğunluk yük taşıyıcıları olarak deliklere (elektronsuz) sahiptir. Bir N tipi yarı iletken, çoğunluk yük taşıyıcıları olarak elektronlara sahiptir.
Yukarıda verilen diyagramda, kavşakta -
Ekstra yükler, p tarafındaki pozitifin negatif yükler kazanması ve onları etkisiz hale getirmesi için zıt bağlantılara yayılır.
Benzer şekilde, N tarafındaki negatifler pozitif yükler kazanır ve onları etkisiz hale getirir.
Bu, bu bölgeyi nötr ve bir denge durumunda yapmak için ekstra yükün tükendiği her iki tarafta bir marj (m) oluşturur. Bu bölge,depletion layer ve her iki taraftan da ücret alınmaz.
Tükenme tabakası potansiyel bir bariyer sunar ve bu nedenle üstesinden gelmek için harici voltaj gerektirir. Bu sürece denirbiasing.
Yürütmek forward biasing, uygulanan gerilim elektronları (negatif) n-bağlantısından bağlantının p-tarafına doğru pompalamalıdır. Sürekli akım akışı, elektronların delikleri doldurmak için sabit bir hareketini, dolayısıyla tükenme katmanı boyunca iletimi garanti eder.
Uygulanan voltajın, adı verilen bir işlemle tersine çevrilmesi reverse biasing, deliklerin ve elektronların ayrılmasına ve tükenme katmanının artmasına neden olur.
Pozitif terminal N tarafındaki levhalara ve negatif terminal P tarafındaki levhalara bağlanan bir güneş hücresine harici bir yük bağlanır. Şununla potansiyel bir fark yaratılır:photovoltaic etki.
Fotonlar tarafından yer değiştiren elektronların elde ettiği akım, önemli bir potansiyel farkı vermek için yeterli değildir. Bu nedenle akım, daha fazla çarpışmaya neden olmak ve daha fazla elektron salmak için sınırlandırılmıştır.
Fotovoltaik Etki
Bir güneş pili, güneş enerjisini yakalamak için bir pn bağlantısı kavramını kullanır. Aşağıdaki şekil bir yarı iletkenin fermi seviyesini göstermektedir.
Bir yarı iletkenin iletmesi için elektronların enerji boşluğunu değerlik bandından iletim bandına geçmesi gerekir. Bu elektronların yerinden çıkması ve değerlik boşluğu boyunca hareket etmesi için biraz enerji gerekir. Güneş pillerinde, Güneş'ten yayılan fotonlar, boşluğun üstesinden gelmek için gerekli enerjiyi sağlar.
Yüzeydeki bir foton olayı soğurulabilir, yansıtılabilir veya iletilebilir. Eğer yansıtılırsa veya iletilirse, bir elektronun yerinden çıkmasına yardımcı olmaz ve bu nedenle israf edilir. Bu nedenle, elektronları değerlik aralığı boyunca yerinden çıkarmak ve hareket ettirmek için gereken enerjiyi sağlamak için bir fotonun emilmesi gerekir.
E ph bir fotonun enerjisiyse ve EG enerji boşluğunu geçmek için eşik enerjiyse, foton bir yarı iletkenin yüzeyine çarptığında olası sonuçlar -
Eph < EG - Bu durumda foton eşiğe ulaşmaz ve sadece geçer.
Eph = EG - Foton, bir elektronu yerinden oynatmak ve bir delik elektron çifti oluşturmak için tam eşik değerine sahiptir.
Eph > EG- Foton enerjisi eşiği aşıyor. Elektron enerji boşluğundan aşağı doğru hareket ettiğinden, bu bir atık olmasına rağmen bir elektron deliği çifti oluşturur.
Güneş radyasyonunun soğurulması
Çoğu durumda, güneşten enerji soğurma verimliliğini belirlemek için yarı iletkenin soğurma katsayısı kullanılır. Düşük katsayı, zayıf emilim anlamına gelir. Bu nedenle, bir fotonun ne kadar ilerlediği, hem soğurma katsayısının ( α ) hem de radyasyonun dalga boyunun ( λ ) bir faktörüdür .
$$ \ alpha \: = \: \ frac {4 \ pi k} {\ lambda} $$
Nerede, k , yok olma katsayısıdır.