дар бос электрондарға айналады жэне электр тасымалдаушы бола
алады.
Электронынан айрылған жартылай өткізгіш атомы электрон за-
рядына тең дұрыс зарядқа ие болады. Бірақ электроны жоқ атомдағы
орын көршілес атом электронымен толтырылуы мүмкін.
Бос электрон түзілуінен босаған орын зарядталған бөлшекке
тендей болады, ол кемтік деп аталады. Кемтіктер электр тогьгаың
өту үдерісіне қатысуы мүмкін.
Атомдармен байланысқан электрондардың энергиясы, оның
шегінде табылатын толтырылған энергетикалық аймақ неме-
се валенттік байланыс аймағы деп аталады. Бос электрондардың
энергиясы салыстырмалы үлкен, сондықтан ол элдеқаида жоғары
энергетикалық аймақта - өткізу аймағында (9.1-суреттегі 1-аймақ)
тұрады. Толтырьшған аймақ пен өткізу аймағының арысында ты-
йым салынған энергиялардың аймағы болады, яғни энергиялардың
мұндай мәндегі аймағында,
берілген жартьшай өткізгіштің
материалының байланысқан да, бос күйінде де бола алмайды.
Бұл жартылай өткізгіштердің әртүрлі тыйым салынған аймақтағы
мөлшері әрқилы. Мысалы, германий үшін - 0,7
эв
(электроновольт),
ал кремний үшін
1
,
12
— эв .
Кемтіктер толтырылған аймақта болады, себебі олардың түзілуі
тек қана жартьшаи өткізгіштердің кристалл торларының атомдарын-
да ғана мүмкін [5, 12, 17,25].
Бос электрон-кемтік жұбының мөлшері жартылай өткізгіштердің
беті жарықтанғанда кенет өсуі мүмкін. Бұл мынамен түсіндіріледі,
кейбір фотондардың энергиялары электрондарды атомдардан
V /
шығарып алуға жэне оларды толтырылған аимақтан өткізу аимағына
ауыстыруға жеткілікті болады. Бұл құбылыс ішкі фотоэффект деп
аталады. Ішкі фотоэффекттің шарты мына теңдеумен анықталады
€ > Е
(9.2)
мұндағы,
Е%
- тыйым салынған аймақтың ені.
Электрондардың жэне кемтіктердің концентрациясының ар-
туы жартылаи өткізгіштік материалдың өткізгіштіпнщ артуы-
на алып келеді. Сыртқы факторлардың әсерінен ток өткізгіштігі
таза монокристалды жартылаи өткізгіште меншікті өткізгіш деп
аталады, себебі ол тек қана жартылай өткізгіштің қозған күйімен
118
ескертілінген. Сыртқы әсерлердің жоғалуымен бос электрон-
кемтікті шарлар жоғалады
ұмтылады
Жартылай өткізгіштің сыртқы фотоэффект құбылысы да
бар. Бірақ ол металдағы жағдайға қарағанда әлдеқайда күрделі
сипатқа ие.
фотоэффекті
жұтып
оларды
луы керек.
Сонымен,
жартылай
өткізгіштегі
сыртқы
фотоэффект
шеленүдің жиілікпен эсері арқасында болады, ол ішкі фотоэф-
фект
әлдеқайда үлкен. Сондай
түсетін күн сәулеленумен
салыстырганда
үлкен
емес,
сондықган
эдеттегі
жартьшаи
фототоктар
түрлендіру ішкі фотоэффектіме
гана байланысты.
Тек кана бір меншікті өткізгіштікке ие идеалды таза жартылай
өткізгіш материалдар жоқ. Әдетте жартылай өткізгіш қандай да
бір белгілі типті өткізгіштікке ие: не тек қана кемтікті (р-типті), не
тек қана электронды жартылай өткізгіштің өткізгіштік типі оның
кристалдық торына активті қоспалар енгендегі валенттілікпен
анықталады.
Кремний үшін активті қоспа ретінде Менделеевтің периодтық
кестесінің үшінші (бор, алюминий, галлий, индий, таллий) немесе
бесінші (фосфор, мырыш, сурьма, висмут) тобына жататын элемент-
Ал
жатады.
Фотоэлементтер
Жүмыс істеу принципі бойынша барлық фотоэлементтер ек
класқа бөлінеді. Бірінші класқа жататын фотоэлементтер сыртқы фо
тоэффектке негізделген вакуумды жэне га
фотоэлеме
фо
тоэффектке негізделген. Соңғьп
кремний жэне басқалар жатады.
119
\
Монокристалды
Поликристсиіды
Аморфты
фотоэлемент
фотоэлемент
кремний
9.2-сурет. Кең тараған фотоэлементтердің түрлері
9.3-сурет. Екіжақты фотоэлектрлік модульдер
Вентилді фотоэлементтердің басқа түрлерден айырмашылығы
жарык сэулеленуінің эсерінен олар бірқатар жағдайда тура күн
жарығында меншікті п.э.к.-ін өндіреді. Ол вольттің оннан бір бөліғі.
Сонымен олар сэулелік энергияны электр энергиясына түрлендіруіне
мүмкіндік береді. Электр энергиясының көзі ретінде қолданылатын
фотоэлементтер, эдетте фотоэлектрлік фототүрлендіргіштер не-
месе жай фототүрлендіргіштер деп аталады. Фотоэлектрлік
түрлендіргіштердің қазіргі кезде ең жетілгендеріне кремний элементі
жатады [
12
,
22
, 28].
Кремнийді негізгі материал ретінде таңдау бірқатар факторларға
негізделген.
; ■
;
Біріншіден, кремний оттегіден кейінгі Жер бетіндегі ең көп
тараған элемент жэне оның өндірісі жақсы игерілген.
Екіншіден, теория көрсеткендей, күн спектрі үшін ең үлкен қуат
шығысы фототүлдендіргіштен алынады, олар тыйым салынған
аймағының ені 1-1,5
эв
шектерінде жататын жартылай өткізгіштер-
мен дайындалады.
Үшіншіден, кремний фототүрлендіргіштері күн сәулеленуін
өзінің спектрлік сезімталдығына қолдануына жақын келеді.
Төртіншіден, мысалы, германий қүрылғьшарымен салыстырғанда
кремнилықгардың температуралық тербелістерге сезімталдығы
төмен.
Екіжақты модульдер жарық энергиясын фронттық қабырғасының
да шеп қабырғасынан түрлендіреді.
Ол
шағылған
энергияны
қолдануға
мүмкіндік
береді.
Шеп жағындағы модуль энергияны су бетінен немесе жердің
шағылысуынан (мысалы, ақшыл кұмнан немесе қардан) алады.
9.2
р-п ауысуыныц фотоэлектрлік қасиеттері
Монокристалдық кремний негізіндегі қарапайым күн элементі
келесідегідей күрьшымға ие болады: р-типті кремнилі
/?н- 0
пласти-
надан кіші тереңдікте жіңішке металдық байланысы бар р-п ауы-
суы орналасқан, пластинаның артқы жағында біркелкі металдык
байпаныс орналасқан [
12
]. р-п ауысуы жартылай откізгіштің
жарықтандьфу бетіне жақын орналасады. Күн элементін электр-
энергиясы ретінде қолданғанда оның сонына
Ки
кедергі күші жалғану
керек. Бастапкыда екі жағдайды караймыз: қысқа тұйықталу режимі
және
К
=оо (бірлік жүріс режимі).
Осы режимдерге арналған зоналық диаграмма 9.4 а, б-суретте
көрсетілген [12,22,28].
Бірінші жағдайда жарықтандырудың зоналык диаграммасының
р-п
ауысуы
термодинамикалық
жарыктандыру
зонасынан
айырмашылығы жоқ. Бірақ р-п ауысуы аркылы жэне сыртқы
өткізгіш арқылы ток жүреді, р облысында элекронды-тесік жүптары
шартында фотореге нерация л анад ы.
Фотоэлектрондар, көлемдік заряд ауданына жакын орналасып,
р—
п ауысуының электр өрісі аймағында айналып, п-аумағына түседі
[12,50,52].
Қалған электрондар шығындардың орнын толтыру үшін р-п
121
и
Достарыңызбен бөлісу: |
