Wykład 10

Poziomy energetyczne w atomie E = - 13.6 eV - 3.4 eV Zjoniz. atom n = 1 n = 2 n- główna liczba kwantowa n = 1,2,3,4,5,…; n = 3 Widmo helu

Kryształ sodu Struktura energetyczna dla 2 i 6 atomów sodu oraz w krysztale sodu. Po zbliżeniu poziomy energetyczne rozszczepiają się

Ciała stałe - rodzaje EF IZOLATOR METAL METAL Pełne pasmo Puste pasmo Przerwa wzbr. Częściowo pełne p. Częściowo pełne pasmo Pełne pasmo Częściowo pełne pasmo Przerwa wzbr. EF IZOLATOR METAL METAL lub półprzewodnik lub półmetal

3 typy półprzewodników samoistny n-typu p-typu Typ 2 i 3 są półprzewodnikami, które przewodzą prąd elektryczny. Jak? Note: Color Protocol

Struktura elektronowa półprzewodników Krzem 4 grupa UO Struktura typu kryształu diamentu 4 elektrony walencyjne

Półprzewodniki samoistne (Si, Ge, GaAs)

Półprzewodniki domieszkowane Typu p Typu n

Elektrony i dziury – czy istnieją? Umieszczamy próbkę na metalowej płytce, połączonej z dodatnim gniazdem miliwoltomierza analogowego. Drugi przewód dołączony jest do gniazda uziemienia miernika. Jego przeciwny koniec silnie rozgrzewamy, np. na lutownicy. Gorącym przewodem dotykamy próbkę półprzewodnika, leżącą na metalowej płytce. Miernik wskaże napięcie o znaku zgodnym ze znakiem nośników prądu. Dla półprzewodnika typu n będzie to napięcie ujemne, a dla typu p -dodatnie. Takie zachowanie powstaje na skutek silnych drgań termicznych w okolicy nagrzanej części. Nośniki przemieszczają się w stronę zimnego końca półprzewodnika, gdzie pojawia się napięcie o znaku zgodnym ze znakiem nośników prądu.

Półprzewodnik – analog zbiornika z wodą

Złącze p-n Przed utworzeniem złącza Po utworzeniu złącza

Złącze p-n P N gdy powstaje złącze p-n, dziury z obszaru p dyfundują do obszaru typu n, elektrony z n do p; powstaje pole elektryczne; to pole powoduje, że prąd łatwo płynie w jednym kierunku a przepływ w drugim kierunku jest utrudniony; Dodatnie dziury +ujemnie naładowane nieruchome akceptory Ujemne elektrony + dodatnio naładowane nieruchome donory E P N dziury - + elektrony Tylko naładowane donory/akceptory (obszar zubożony)

Złącze p-n dioda półprzewodnikowa Charakterystyka I-V - nieliniowa Polaryzacja w kier. przewodzenia n p V I A + - + - A A + - Polaryzacja zaporowa

Promieniowanie słoneczne Światło widzialne – długość fali 0.38mm < l < 0.76mm E B fala   strumień fotonów

Półprzewodniki - elektrony i dziury W półprzewodnikach występuje absorpcja światła, gdy energia fotonu jest większa od przerwy wzbronionej półprzewodnika  

Absorpcja światła w półprzewodnikach Występuje, gdy energia fotonu jest większa od przerwy wzbronionej półprzewodnika   Absorpcja światła w półprzewodniku (CdS)

Bateria – to też złącze p-n Jak to działa? jest to złącze p-n światło jest absorbowane dla tworzą się pary elektron-dziura, które są separowane przez pole w złączu i transportowane przez złącze

Efekt fotowoltaiczny Tak nazywa się efekt pojawiania się prądu/napięcia w oświetlonym złączu p-n - baterii słonecznej

Bateria słoneczna gdy powstaje złącze p-n, dziury z obszaru p dyfundują do obszaru typu n, elektrony z n do p; powstaje pole elektryczne; to pole powoduje, że prąd łatwo płynie w jednym kierunku a przepływ w drugim kierunku jest utrudniony; to pole również separuje elektrony i dziury, które zostały wykreowane przez zaabsorbowane światło. dzięki tej separacji można uzyskać moc elektryczną. P N Dodatnie dziury +ujemnie naładowane nieruchome akceptory Ujemne elektrony + dodatnio naładowane nieruchome donory E P N dziury - + elektrony Tylko naładowane donory/akceptory (obszar zubożony)

Charakterystyka I-V Światło generuje parę elektron-dziura Pole elektryczne porusza nośniki: elektrony w stronę n a dziury w stronę p Zatem przez opornik płynie prąd wsteczny IL Ten prąd powoduje pojawienie sią spadku napięcia V na oporze RL . Napięcie V polaryzuje złącze w kierunku przewodzenia: pojawia się więc prąd IF Całkowity prąd:  

Parametry Współczynnik wypełnienia Sprawność Im i Vm – prąd i napięcie odpowiadające punktowi mocy maksymalnej, Isc i Voc – prąd zwarcia i napięcie rozwarcia W IV ćwiartce charakterystyki jest generowana moc:  

Fotoefekt zielona dioda świecąca jest jednocześnie fotodiodą czułą na światło zielone (lub mające większą energię – niebieskie i fioletowe)