نقش میدان الکتریکی داخلی سلول خورشیدی

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، برای اینکه این مساله را بهتر توضیح دهیم، فرض کنید یک فتون نور با انرژی لازم برای آزاد کردن الکترون، از باند کریستال سیلیکون به سطح سلول خورشیدی برخورد کند. در این برخورد یک الکترون و حفره آزاد بوجود می‌آید. حال فرض می‌کنیم که این الکترون و حفره آزاد در ناحیه نوع p ساخته شوند. الکترون آزاد بوجود آمده در ناحیه p زمان نسبتاً کمی برای آزاد بودن دارد، زیرا تعداد زیادی حفره در این ناحیه وجود دارد که مشتاق اند این الکترون را دریافت کنند. اما طراحی سلول خورشیدی طوری است که به احتمال زیاد الکترون پس از گردش کوتاهی در کریستال، قبل از برخورد با حفره‌ها با پیوند برخورد می‌کند. تعداد کمی از الکترون‌ها نیز با حفره‌ها ترکیب می‌شوند که باعث آزاد شدن انرژی آن‌ها به شکل گرما می‌شود و این برای سلول فتوولتائیک مطلوب نیست.

زمانی که الکترون داخل میدان الکتریکی پیوند قرار گرفت، نیروی لازم برای عبور از میدان الکتریکی را پیدا می‌کند و به سمت ناحیه n می‌رود، زیرا بار الکترون منفی و بار میدان طرف ناحیه n مثبت است و این دو یکدیگر را جذب می‌کنند. از آنجا که در ناحیه n تعداد کمی حفره وجود دارد خطر ترکیب شدن الکترون با حفره‌ها به شدت کاهش می‌یابد. بعلاوه اینکه این الکترون دیگر قدرت برگشتن به ناحیه p را ندارد، زیرا باید با نیروی میدان الکتریکی پیوند مقابله کند و این نیاز به انرژی زیادی دارد که معمولاً الکترون‌ها آن را ندارند.

اکنون به سراغ حفره‌ای که با آزاد شدن الکترون به وجود آمد می‌رویم. این حفره در سمت ناحیه p باقی می‌ماند، زیرا میدان الکتریکی پیوند از عبور آن جلوگیری می‌کند. شانس ترکیب شدن این حفره با الکترون‌ها نیز کم است، زیرا در ناحیه p، تعداد زیادی حفره وجود دارد که همه‌ی آن‌ها به الکترون نیاز دارند.

در صورت برخورد فتون‌های نور به ناحیه n، فرایندی مشابه ناحیه p در آنجا نیز رخ می‌دهد. این بار الکترون آزاد در ناحیه n باقی می‌ماند و میدان پیوند از عبور آن به سمت ناحیه p جلوگیری می‌کند. همچنین بیشتر حفره‌های تشکیل شده قبل از اینکه با الکترون‌ها ترکیب بشوند به سمت پیوند رفته و به کمک میدان الکتریکی پیوند وارد ناحیه p می‌شوند.

پس مشاهده می‌شود که بخاطر یک فتون پر انرژی نور، عدم تعادل در سلول بوجود آمد یعنی در ناحیه نوع n یک الکترون و در ناحیه نوع p یک حفره زیاد شده است. حال اگر تعداد بی شماری فتون به سطح سلول برخورد کند میزان عدم تعادل نیز زیاد می‌شود که این مطلوب است.

 

منبع: مهرانرژی