بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
سلولهای خورشیدی
مقدمه ای بر خواص اساسی نیمه رساناها (1)
اسلاید 2 :
کاربردهای فناوری نانو
انرژی های نو
اسلاید 3 :
منابع انرژی
به منظور کم کردن اتکا جهانی به منابع طبیعی پایان پذیر و سوختهای مخرب محیط زیست، تلاشهای علمی فراوانی برای کاهش هزینههای تولید انرژی از منابع تجدید پذیر، از قبیل: انرژی خورشیدی، آب، باد و غیره، صورت گرفته است.
اسلاید 4 :
طیف خورشید و فوتونها
نور یک موج الکترومغناطیسی است و میتوان یک طول موج به آن نسبت داد.
مشاهده رنگهای طیف نشان میدهد که نور خورشید میتواند به رنگهای مختلفی تقسیم شود.
اسلاید 5 :
طیف خورشید و فوتونها
در یک سلول خورشیدی، نیروی الکتریکی در نتیجه جذب فوتون، تولید جفتهای الکترون- حفره و عبور آنها از یک ولتاژ، بوجود میآید.
نیمهرساناها به طور ذاتی، یک انرژی جذب آستانه دارند که با آن ولتاژی که الکترون در نیمهرسانا میبیند، تعیین میشود.
انرژی جذب برای سیلیکون eV 1/1 است که مساوی با 1/1 میکرون میباشد. فوتونهایی با انرژی کمتر از eV1/1 جذب نمیشوند و انرژی خورشید با طول موج بزرگتر از 1/1 میکرون تلف میشود.
اسلاید 6 :
ساختار نواری
الکترونهای یک اتم منزوی، ترازهای انرژی مجزایی دارند.
دو نوار متمایز انرژی در نیمهرساناها وجود دارد.
در دمای صفر کلوین، نوار پایینتر، که نوار ظرفیت نامیده میشود، پر از الکترون است.
در نیمهرساناها، نوار بالایی تقریباً خالی از الکترون است و در بردارنده حالتهای الکترونی برانگیخته میباشد. چنین الکترونهایی، با به کارگیری یک میدان الکتریکی شتاب میگیرند و در شار جریان شرکت میکنند، بدین جهت این نوار، نوار رسانش نامیده میشود.
اختلاف انرژی دو نوار، گاف نواری نامیده میشود که ناحیه ممنوع انرژی است.
اسلاید 7 :
گاف نواری مستقیم و غیرمستقیم در نیمهرساناها
هنگامیکه نمودار نوار انرژی را بر حسب اندازه رسم میکنیم؛ مینیمم نوار رسانش و ماکزیمم نوار ظرفیت، نسبت به هم، به دو صورت واقع میشوند:
مینیمم نوار رسانش و ماکزیمم نوار ظرفیت، در اندازه حرکت یکسانی قرار می گیرند. چنین موادی نیمهرسانای مستقیم نامیده میشوند.
مینیمم نوار رسانش و ماکزیمم نوار ظرفیت، در اندازه حرکت یکسان قرار نمیگیرند. این مواد را نیمهرساناهای غیر مستقیم مینامیم.
اسلاید 8 :
گاف نواری مستقیم و غیرمستقیم در نیمهرساناها
در نیمهرساناهای مستقیم:
یک فوتون با انرژیE=hυ یک الکترون را از نوار ظرفیت به نوار رسانش برانگیخته میکند.
در نیمهرساناهای غیرمستقیم:
عبور الکترون از نوار ظرفیت به نوار رسانش، با اتلاف یک فونون شبکه (انرژی گرمایی) رخ میدهد، در این صورت اندازه حرکت مورد نیاز، تأمین میشود.
اسلاید 9 :
انتقال حامل در نیمهرسانا
تحرک
در یک نیمهرسانا، الکترونها، بوسیله انرژی گرمایی، به صورت تصادفی در همه جهات حرکت میکنند.
پس از طی مسافت کوتاهی، الکترونها به یک اتم شبکه یا یک اتم ناخالصی و یا یک مرکز پراکندگی دیگر برخورد میکنند.
متوسط زمان بین برخوردها، زمان آزاد میانگین، τc، نامیده میشود.
هنگامی که میدان الکتریکی کوچکی بر نیمه رسانا اعمال شود، نیروی -qE، به الکترونها وارد میشود و به آنها شتابی در خلاف جهت میدان میدهد.
vc : سرعت الکترون در اثر اعمال میدان
اسلاید 10 :
انتقال حامل در نیمهرسانا
تحرک
هنگامیکه میدان الکتریکی به یک نیمهرسانا اعمال میشود، الکترونها و حفرهها، برای کاهش انرژی پتانسیل، جریان پیدا میکنند.
Jn چگالی جریان الکترونی یک نیمه رسانای نوع n با مساحت سطح مقطع A در میدان الکتریکی E
اگرچه الکترونها و حفرهها در خلاف جهت یکدیگر حرکت میکنند، اما با توجه به اینکه علامت آنها نیز مخالف هم است جهت جریان ناشی از آنها یکسان است.
اسلاید 11 :
انتقال حامل در نیمهرسانا
اثر فوتوولتایی
پدیده تبدیل پرتو نوری به انرژی الکتریکی، اثر فوتوولتایی، PV، نامیده میشود.
هنگامی که یک فوتون با انرژی hυ که بزرگتر یا مساوی با گاف نواری Eg است، با یک نیمه رسانا برخورد میکند، جذب نور و در نتیجه تولید یک جفت الکترون-حفره رخ میدهد.
عوامل مؤثر در توانایی مواد برای جذب نور:
طول موج تابش برخوردی که باید کمتر از طول موج قطع برای آن ماده باشد.
ضریب جذب، α، که معکوس آن اندازهای از ضخامت ماده است که در آن فوتون برخوردی بوسیله نیمهرسانا جذب میشود.
اسلاید 12 :
انتقال حامل در نیمهرسانا
اثر فوتوولتایی
کسری از تابش برخوردی که در فاصله x از سطح جذب میشوند، با 1-exp(-αx) داده میشود.
اگرα بزرگتر شود، مقدار بیشتری از تابش برخوردی در فاصله x جذب میشود.
برای نیمهرساناهای با گاف نواری غیرمستقیم، مقدارα ، در یک انرژی فوتونی خاص، کمتر از نیمهرساناهایی با گاف نواری مستقیم است.
جذب اپتیکی در نیمهرساناها
اسلاید 13 :
انتقال حامل در نیمهرسانا
بازترکیب
هنگامیکه نیمهرسانا در معرض منبع نور قرار میگیرد با تولید جفت الکترون-حفره، خاصیت رسانایی آن افزایش مییابد.
اثر فوتورسانایی
حاملهای بار اضافی تولید شده در نیمهرسانا، پس از خاموش شدن منبع نور، نابود میشوند.
بازترکیب
اسلاید 14 :
انتقال حامل در نیمهرسانا
بازترکیب
بازترکیب مستقیم ← هنگامی که یک الکترون از نوار رسانش سقوط میکند تا یک جای خالی در نوار ظرفیت را پر کند، انرژی به صورت یک فوتون نوری باز پس داده میشود.
بازترکیب غیرمستقیم ← علاوه بر تغییر در انرژی، در اندازه حرکت نیز تغییر رخ میدهد و اختلاف انرژی، به جای یک فوتون نوری، معمولاً به صورت گرما به شبکه بلوری داده میشود.
بازترکیب اوژه ← یک الکترون انرژی اضافی خود را به الکترونی دیگر در نوار رسانش یا ظرفیت میدهد که منجر به برانگیخته شدن الکترون به سطح بالاتری از انرژی میشود.
