EFEKT FOTOWOLTAICZNY

Półprzewodnik - substancje zachowujące się w pewnych warunkach jak dielektryk, a w innych jak przewodnik; krzem, german, arsenek galu ; Nośnikami ładunków w półprzewodnikach są elektrony i dziury (puste miejsca po elektronach)

Własności półprzewodników:

-rezystywność w temperaturze pokojowej zawarta w obszarze pośrednim między metalami i izolatorami.

- Czysty półprzewodnik w stanie podstawowym (zapełnione pasmo walencyjne i puste pasmo przewodnictwa) zachowuje się jak izolator, natomiast w stanie wzbudzonym (np. po absorpcji światła widzialnego) jak metal.

-półprzewodnik w stanie „czystym" (niedomieszkowany, samoistny) wykazuje w pewnym obszarze zmian temperatury wykładniczą zależność przewodnictwa od temperatury

-w wyniku domieszkowania właściwości półprzewodników zmieniają się(maleje rezystancja)

-przewodnictwo półprzewodnika zmienia się (na ogół rośnie) w wyniku oświetlenia, naświetlenia cząstkami jądrowymi czy wysokoenergetycznymi elektronami, „wstrzyknięcia" nośników poprzez odpowiedni kontakt elektryczny. 

-mają małą szerokość pasma wzbronionego.

Złącze p-n - styk obszarów o różnym typie przewodnictwa wytworzony w obrębie tego samego materiału półprzewodnikowego

Powstawanie złącz p-n: powstaje z połączenia warstwy półprzewodnika typu p z warstwą półprzewodnika typu n. Jeżeli do takiego złącza nie jest przyłożone zewnętrzne napięcie, to elektrony dyfundują do obszaru p i ulegają rekombinacji z dziurami (obydwa typy ładunków zobojętniają się). W podobny sposób dziury dyfundują do obszaru n i ulegają rekombinacji z elektronami. W obszarze p, przy granicy obu warstw powstaje nadmiar nośników ujemnych, zaś  w obszarze n – dodatnich. W obszarze złącza powstaje więc pole elektryczne przeciwdziałające dalszej dyfuzji, które powoduje powstanie warstwy zaporowej.

Domieszkowanie- zastąpienie atomu w sieci krystalicznej obcym atomem; zaburzenie sieci w obrębie jednego atomu

Półprzewodnik zawierający domieszki podstawieniowe nazywamy półprzewodnikiem domieszkowym. W większości przypadków idealny kryształ półprzewodnikowy (bez defektów) nie nadaje się do żadnych zastosowań w elektronice klasycznej. Domieszki podstawieniowe możemy podzielić na trzy grupy:

• donorowe (D): atom o większej liczbie elektronów walencyjnych, zastępuje atom sieci macierzystej;

• akceptorowe (A): atom o mniejszej liczbie elektronów walencyjnych zastępuje atom sieci macierzystej;

• domieszka izowalencyjna (I): atom innego pierwiastka o tej samej walencyjności zastępuje atom sieci macierzystej;

Domieszki donorowe i akceptorowe mają szczególnie istotny wpływ na własności elektryczne materiałów półprzewodnikowych. Pozwalają one na otrzymanie dodatnich i ujemnych nośników ładunku o zadanej koncentracji.

Domieszkowanie można wykonać poprzez:

• Epitaksję - wzrostu nowych warstw monokryształu na istniejącym podłożu krystalicznym, która powiela układ istniejącej sieci krystalicznej podłoża.

• Dyfuzję - przemieszczaniu się domieszki wskutek ruchów cieplnych.

• Implantację – jony są wbijane w strukturę półprzewodnika

Krzem domieszkowany fosforem nazywa się typu n (typ negatywny), ponieważ domieszkowanie zwiększa liczbę negatywnych wolnych ładunków (elektronów).

  Krzem domieszkowany borem jest znany jako krzem typu p (typ pozytywnego).

Ogniwa krzemowe:

• monokrystaliczne - wykonane z jednego monolitycznego kryształu krzemu. Charakteryzuje się wysoką sprawnością zazwyczaj 18-22% oraz wysoką ceną. Posiadają charakterystyczny ciemny kolor.

• polikrystaliczne - wykonane z wykrystalizowanego krzemu. Charakteryzują się sprawnością w przedziale 14-18% oraz umiarkowaną ceną. Zazwyczaj posiadają charakterystyczny niebieski kolor i wyraźnie zarysowane kryształy krzemu.

•  amorficzne - wykonane z amorficznego, bezpostaciowego niewykrystalizowanego krzemu. Charakteryzują się niską sprawnością w przedziale 6-10% oraz niską ceną. Zazwyczaj posiadają charakterystyczny lekko bordowy kolor i brak widocznych kryształów krzemu.

Ogniwo fotowoltaiczne - jest to element półprzewodnikowy, który służy do zamiany energii promieniowania słonecznego w energię elektryczną w trakcie procesu zwanego konwersją fotowoltaiczną.

Ogniwo składa się z płytki półprzewodnikowej wykonanej z krzemu, wewnątrz której uformowana została bariera potencjału w postaci złącza P-N. Padające na złącze promieniowanie słoneczne powoduje powstawanie par nośników o przeciwnych ładunkach elektrycznych(elektron-dziura), które na skutek obecności złącza PN zostają rozdzielone. Elektrony trafiają do złącza N, a dziury do złącza P, przez co w ogniwie powstaje napięcie elektryczne.

TERMOGENERATOR

Generatory termoelektryczne wytwarza się głównie w oparciu o półprzewodniki. Związane jest to z silną zależnością koncentracji elektronów i dziur w półprzewodnikach, oraz ich ruchliwości i średniej energii kinetycznej od temperatury (w metalach zależność ta jest znikoma). Powoduje to powstawanie w generatorach półprzewodnikowych sił termoelektrycznych do 2 rzędów wyższych, niż w metalach.

Efekt Thomsona- polega na wydzielaniu się lub pochłanianiu ciepła podczas przepływu prądu elektrycznego (tzw. ciepła Thomsona) w jednorodnym przewodniku, w którym istnieje gradient temperatury. Ilość wydzielonego lub pochłoniętego ciepła (w zależności od kierunku prądu) zależy od rodzaju przewodnika i jest proporcjonalna do gradientu temperatury, natężenia prądu płynącego w przewodniku i czasu jego przepływu

Zjawisko Seebecka – zjawisko termoelektryczne polegające na powstawaniu siły elektromotorycznej i w konsekwecji tego przepływie prądu elektrycznego w miejscu styku dwóch metali lub półprzewodników o różnych temperaturach, w zamkniętym obwodzie termoelektrycznym. (wykorzystane w termoparze)

Termogenerator może być użyty do demonstrowania dwu ważnych uzupełniających się efektów fizycznych; efektu Seebecka i efektu Peltiera. W wyniku efektu Seebecka, termogenerator wytwarza napięcie gdy utrzymywana jest różnica temperatur. Przeciwnie, jeżeli zostanie doprowadzone zewnętrzne napięcie do urządzenia to będzie ono funkcjonować jako pompa ciep

OGNIWO PALIWOWE