太陽エネルギー-太陽光発電効果

太陽光発電効果の概念を学ぶ前に、PNジャンクションの基本的な知識があることが不可欠です。

PNジャンクション

PNジャンクションは、米国のラッセルオブベル研究所によって発明されました。これは、2つの半導体、つまりP型とN型の間の接合を指します。ラッセルは、2つの半導体の接合部で、一方向のみの伝導を引き起こす興味深い挙動があることを発見しました。

P型半導体には、多数の電荷キャリアとして正孔（電子が存在しない）があります。 N型半導体は、多数電荷キャリアとして電子を持っています。

上記の図では、ジャンクションで-

余分な電荷は反対側のジャンクションに拡散し、p側のプラスがマイナスの電荷を獲得して中和します。
同様に、N側のマイナスはプラスの電荷を獲得し、中和します。
これは、この領域を中性にするために余分な電荷が枯渇する両側でマージン（m）を形成し、平衡状態になります。この領域は*空乏層*と呼ばれ、両側からの電荷はありません。
空乏層は潜在的な障壁を提供するため、それを克服するには外部電圧が必要です。このプロセスは「バイアス」と呼ばれます。
伝導するには、*順方向バイアス*で、印加電圧は電子（負）をn接合から接合のp側に向かってポンピングする必要があります。連続的な電流の流れにより、電子が絶えず正孔を満たし、空乏層を伝導することが保証されます。
*逆バイアス*と呼ばれるプロセスで印加電圧を反転させると、正孔と電子が離れてドリフトし、空乏層が増加します。
外部負荷は太陽電池に接続され、正端子はN側ウェーハに、負端子はP側ウェーハに接続されます。電位差は*太陽光発電*効果によって生じます。

光子によって変位された電子によって得られる電流は、大きな電位差を与えるのに十分ではありません。したがって、電流はさらに衝突を引き起こし、より多くの電子を放出するために含まれます。

太陽電池は、太陽エネルギーを取り込む際にp-n接合の概念を利用します。次の図は、半導体のフェルミ準位を示しています。

半導体が伝導するためには、電子は価電子帯から伝導帯へのエネルギーギャップを横切らなければなりません。これらの電子は、原子価ギャップを移動して移動するためにいくらかのエネルギーを必要とします。太陽電池では、太陽から放出される光子がギャップを克服するために必要なエネルギーを提供します。

表面に入射した光子は、吸収、反射、または透過する可能性があります。反射または透過した場合、電子を追い出す助けにはならず、無駄になります。したがって、光子は、電子を移動させて価電子ギャップを越えて移動させるのに必要なエネルギーを提供するために吸収されなければなりません。

E〜ph〜が光子のエネルギーであり、EGがエネルギーギャップを横切る閾値エネルギーである場合、光子が半導体の表面に衝突するときの可能な結果は-

* E〜ph〜<E〜G〜*-この場合、フォトンはしきい値に達せず、そのまま通過します。
* E〜ph〜= E〜G〜*-光子には、電子を除去して正孔と電子のペアを作成するための正確なしきい値があります。
* E〜ph〜> E〜G〜*-光子エネルギーがしきい値を超えています。電子はエネルギーギャップを逆方向に移動するため、これは無駄ですが、電子と正孔のペアを作成します。

ほとんどの場合、半導体の吸収係数は、太陽からのエネルギーの吸収効率を決定するために使用されます。係数が低いと、吸収が低下します。したがって、光子がどこまで進むかは、吸収係数（α）と放射の波長（λ）の両方の要因です。

\ alpha \：= \：\ frac \ {4 \ pi k} \ {\ lambda}

ここで、_k_は吸光係数です。