Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
بيت » مبدأ الوصلة PN في الخلايا الكهروضوئية

مبدأ الوصلة PN في الخلايا الكهروضوئية

1940
  • Russell Ohl
P-N junction in a solar cell demonstrating semiconductor physics.

(صورة توضيحية فقط)

A solar cell’s core is a p-n junction, an interface between p-type and n-type أشباه الموصلات materials. This junction creates a built-in electric field in a depletion region. When photons with sufficient energy strike the semiconductor, they create electron-hole pairs. The electric field separates these charge carriers, driving electrons to the n-side and holes to the p-side, generating a voltage.

الوصلة p-n هي اللبنة الأساسية لمعظم الخلايا الشمسية. تُصنع بوصل شبه موصل من النوع p، يحتوي على فائض من الثقوب (حاملات شحنة موجبة)، مع شبه موصل من النوع n، يحتوي على فائض من الإلكترونات (حاملات شحنة سالبة). يتحقق ذلك عادةً بتطعيم بلورة شبه موصلة واحدة، مثل السيليكون، بشوائب مختلفة على كلا الجانبين.

عند السطح الفاصل، تنتشر الإلكترونات من الجانب السالب (n) إلى الجانب الموجب (p)، وتنتشر الفجوات من الجانب الموجب إلى الجانب السالب. لا تستمر عملية الانتشار هذه إلى ما لا نهاية. فعندما تعبر الإلكترونات والفجوات الوصلة، تتحد من جديد، تاركةً وراءها ذرات مانحة متأينة على الجانب السالب وذرات مستقبلة متأينة على الجانب الموجب. ينتج عن ذلك منطقة مستنفدة من حاملات الشحنة الحرة، تُعرف بمنطقة الاستنزاف أو منطقة الشحنة الفضائية. تُنشئ الذرات المتأينة الثابتة في هذه المنطقة مجالًا كهربائيًا ساكنًا قويًا يتجه من الجانب السالب إلى الجانب الموجب.

يُعد هذا المجال الكهربائي الداخلي أمراً بالغ الأهمية لـ photovoltaic effectعند امتصاص فوتون ذي طاقة أكبر من طاقة فجوة النطاق (E_g) لأشباه الموصلات، فإنه يُثير إلكترونًا من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل، مُكَوِّنًا زوجًا من الإلكترون والفجوة. إذا تولّد هذا الزوج داخل منطقة الاستنزاف أو بالقرب منها بما يكفي للانتشار فيها، فإن المجال الكهربائي يؤثر عليه. يدفع المجال الإلكترون نحو الجانب السالب (n) والفجوة نحو الجانب الموجب (p). يمنع هذا الفصل للشحنات إعادة التركيب الفوري، ويُؤدي إلى تراكم شحنة موجبة على الجانب الموجب وشحنة سالبة على الجانب السالب. ينتج عن هذا الفصل للشحنات عبر الجهاز جهد ضوئي، والذي بدوره يُمكنه تمرير تيار كهربائي عبر دائرة خارجية، وبالتالي تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية.

UNESCO Nomenclature: 2210
– Physics

يكتب

Physical Device

خلل

Revolutionary

الاستخدام

استخدام واسع النطاق

مقدمات

  • اكتشاف التأثير الكهروضوئي بواسطة هاينريش هرتز (1887)
  • تفسير أينشتاين للتأثير الكهروضوئي (1905)
  • تطوير فيزياء أشباه الموصلات وتقنيات المنشطات
  • اكتشاف التصحيح عند اتصال المعدن بشبه الموصل (1874)

التطبيقات

  • الألواح الشمسية الكهروضوئية
  • الثنائيات الضوئية
  • الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs)
  • ترانزستورات أشباه الموصلات

براءات الاختراع:

  • US2402662A

أفكار ابتكارية محتملة

  • وصلات p-n شفافة للخلايا الشمسية المدمجة بالنافذة
  • flexible p-n junctions woven into textiles for wearable power
  • الوصلات p-n المتكاملة بيولوجيًا لتشغيل الغرسات الطبية
  • وصلات pn مُحسّنة لمصادر ضوء ضيقة النطاق محددة مثل الليزر
  • الأجهزة الصوتية الضوئية التي تستخدم الوصلات p-n لتحويل الموجات الصوتية إلى كهرباء
  • وصلات p-n ذاتية الشفاء باستخدام أشباه الموصلات القائمة على البوليمر
  • p-n junctions designed for underwater energy harvesting from bioluminescence
  • وصلات p-n المقواة بالإشعاع لمهام الفضاء العميق باستخدام أشباه الموصلات الماسية
ذات صلة بـ: وصلة pn، التأثير الكهروضوئي، أشباه الموصلات، منطقة الاستنزاف، زوج الإلكترون-الفجوة، فصل الشحنات، المجال الداخلي، الخلية الشمسية.

السياق التاريخي

مبدأ الوصلة PN في الخلايا الكهروضوئية

1932
1933
1937
1940
1947
1950
1950
1931
1932
1936-01-01
1938
1940
1950
1950
1950

(إذا كان التاريخ غير معروف أو غير ذي صلة، على سبيل المثال "ميكانيكا الموائع"، يتم توفير تقدير تقريبي لظهوره الملحوظ)

أحدث الإضافات

أهم المنشورات والمقالات

أفضل الأدوات الأصلية

السنة العاشرة عيد

الصور والتنزيلات بالحجم الكامل متاحة فقط، ومجانية تمامًا، للأعضاء المسجلين.