مراحل تبدیل نور خورشید به الکتریسیته

ساختار یک سلول خورشیدی

در این روش الکترون – حفره‌های تولید شده، انتخاب و از یک‌دیگر جدا می‌شوند. الکترون‌ها به یک‌طرف سلول و حفره‌ها به طرف دیگر سلول رانده می‌شوند و در نتیجه نه تنها احتمال ترکیب مجدد آن‌ها کم‌تر می‌شود، بلکه یک اختلاف پتاسیل در دو سر سلول ایجاد می‌شود که می‌تواند جهت تولید جریان الکتریکی مورد استفاده قرار گیرد. یکی از روش‌های به وجود آمدن حامل‌های پتانسیلی ایجاد پیوند p –n است.

پیوند p –n:

اگر کریستال‌های نوع n و p به یک‌دیگر متصل شوند، الکترون‌های آزاد کریستال نوع n به محض مشاهده یک منطقه مناسبِ خالی از الکترون از پیوند عبور و به‌طرف کریستال نوع  p هجوم می‌آورند (پدیده انتشار Diffusion). حفره‌های اضافی کریستال نوع  p نیز به‌دلایل مشابه به‌طرف کریستال نوع n هجوم خواهند آورد. با گذشت زمان در ناحیه پیوند سمت کریستال نوع  p ازدیاد بارهای منفی و در سمت کریستال نوع n ازدیاد بارهای مثبت خواهیم داشت که منجر به تولید یک میدان الکتریکی می‌شود. هنگامی که میدان الکتریکی به‌حدی برسد که از انتشار بیش‌تر بارهای مثبت و منفی جلوگیری کند، به حالت تعادل رسیده‌ایم و پیوند p-n تکمیل شده است.

برای ساخت سلول‌های خورشیدی، لایه نازکی از کریستال نوع n را بر روی لایه‌ای از کریستال نوع p رشد می‌دهند. عمقِ ناخالصی کم‌تر از یک میکرون در نظر گرفته می‌شود تا تولید الکترون- حفره آزاد توسط نور امکان‌پذیر باشد.

مراحل تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریکی:

۱) تابش نور باعث ایجاد جفت‌های الکترون‌ - حفره در طرف لایه p (و در طرف لایه n) می‌گردد.

۲) با توجه به ماهیت ساختمان سلول، الکترون‌ها و حفره‌های آزاد شده به طرف پیوند p –n هجوم می‌آوردند و از آن عبور می‌کنند. بدین ترتیب با جدا شدن الکترون‌ها و حفره‌ها از جفت‌های خود و قرار گرفتن در منطقه‌ای سرشار از الکترون (یا حفره)، خطر ترکیب مجدد آن‌ها از بین می‌رود.

۳)با توجه به فرار الکترون‌ها و حفره‌های ایجاد شده از لایه مربوطه خود، در لایه p تجمع بارهای مثبت و در لایه n تجمع بارهای منفی را داریم.

۴) با اتصال سلول به یک مدار الکتریکی خارجی، مداری برای عبور جریان الکتریکی به‌وجود می‌آید.