Enerji Bandı
Atomlar (d) arasında belirli bir mesafede, iki üst bant, değerlik bandı ve iletim bandı arasında elektronların bulunamayacağı bir enerji aralığı olduğu açıktır. Enerji aralığı, bir yarı iletkenin bant aralığı, örneğin, olarak adlandırılır. Ayrıca, T = 0K olduğunda, hiçbir bağ kırılmadığından, dış iletim bandındaki enerji seviyelerinin hiçbiri işgal edilmeyecektir.
Ancak valans bandında, mevcut tüm enerji seviyeleri doludur. Bu, harici bir elektrik alanından hiçbir enerjinin emilemeyeceği, yani elektrik akımının akamayacağı anlamına gelir. Yarı iletken daha sonra bir yalıtkandır. Sadece daha yüksek sıcaklıklarda iletkenlik gösterir, çünkü o zaman bazı elektronlar iletim bandındaki enerji seviyelerini işgal eder.
İki dış enerji bandı arasında bir enerji aralığı olan bu bant yapısı yalıtkanlarda da oluşur. Yarı iletkenler ve yalıtkanlar yalnızca bant aralığının boyutunda farklılık gösterir. Bir yarı iletkende, "normal sıcaklıklarda" bile (örneğin, oda sıcaklığında) bazı elektronlar bant aralığını atlayarak elektriksel iletkenliğe yol açabilir.
Yalıtkanlarda, bant mesafesi o kadar büyüktür ki, normal sıcaklıklarda hiçbir elektron boşluğu atlayamaz. Yarı iletkenler için bu bant aralığının enerjisi için normal değerler, elektron voltun birkaç onda biri ila yaklaşık 2 eV aralığında yer alırken, yalıtkanlar için bu enerjiler önemli ölçüde daha yüksektir.
İletim, bir yarı iletkende şu şekilde meydana gelebilir: "Normal" sıcaklıkların geniş sıcaklık aralığında, iletim bandı "neredeyse boştur" ve valans bandı elektronlarla "neredeyse doludur".
İletim bandında "neredeyse boş", yalnızca birkaç elektronun izin verilen enerji durumlarında olduğu anlamına gelir. Tüm bu durumlar bandın kenarına yakın olmasına rağmen, dolu seviyelere yakın çok sayıda boş durum vardır, bu nedenle bu elektronlar neredeyse sürekli bir işlemle daha yüksek bir seviyeye ulaşma yeteneğine sahiptir.
Bu, bir elektrik alanına bağlandığında enerjinin sürekli olarak alınabileceği anlamına gelir. Bu nedenle, elektronlar bir elektrik alanı yönünde hareket edebilir. O zaman iletken elektronları metallerdeki elektronların klasik fizikte ele alındığı gibi ele almak mümkündür.
Seyreltme seviyesi nedeniyle birbirlerini çok az etkilerler, ancak kristalin kafesi ile sürekli yakın etkileşim halindedirler. Bu etkileşim oldukça karmaşıktır ve yalnızca istatistiksel olarak değerlendirilebilir.
Buna benzer bir şekilde “neredeyse dolu” valans bandındaki davranıştır. Bu banttaki bazı enerji seviyeleri elektronlar tarafından işgal edilmez ve bu enerji seviyeleri de değerlik bandının kenarına yakındır. İletim bandında olduğu gibi, bu boş durumlar çok sayıda işgal altındaki durumlarla çevrilidir.
Bu, böyle bir boş durumun değerlik bandı içinde dolaşabileceği anlamına gelir. Bu boş durum, boşluk veya kusurlu elektron olarak bilinir. Bu deliği bir birey olarak, yani bir yük taşıyıcı olarak ele almanın mantıklı olduğu kanıtlanmıştır. Bu yük taşıyıcının pozitif bir yükü olduğu açıktır. Kusurlu elektron veya boşluk, elektron gibi, ikinci tip bir yük taşıyıcıdır. Bu, yarı iletkenlerdeki iletkenlik olgusunu ele almak için son derece yararlı bir biçimciliktir.
T = 300 K'de saf silikonun özdirenci son derece yüksektir, yaklaşık 300.000 Ωcm. Ayrıca sıcaklıkla çok önemli ölçüde değişir. Bununla birlikte, sıcaklığı artırmanın yanı sıra, bir yarı iletkendeki yük taşıyıcılarının konsantrasyonunu ve dolayısıyla iletkenliğini değiştirmenin oldukça etkili başka bir yöntemi, yani belirli safsızlık atomlarının kristale amaçlı olarak sokulması vardır.
Yenilenemez enerji kaynakları
enerji kaynakları nelerdir
Yenilenemez enerji kaynakları petrol
YENİLENEBİLİR ve yenilenemez enerji kaynakları
Enerji kaynakları Nelerdir
Doğal enerji kaynakları Nelerdir
Yapay enerji kaynakları
Dünyada kullanılan enerji kaynakları
Kristal yapıdaki silikon atomunu periyodik tablonun beşinci grubundan bir elementle, örneğin fosforla değiştirirsek, bu atom beraberinde beş valans elektronu “getirir”.
Kristal yapıya bağlanmak için bu elektronlardan sadece dördü gerekir. Bu nedenle, beşinci elektronun nispeten gevşek bir şekilde bağlı olması ve bu nedenle düşük sıcaklıklarda bile "iyonize olabilmesi" olasıdır. Periyodik tablonun beşinci grubunda yer alan bu elementlere elektronları kolaylıkla “bağışlayabildikleri” için “verici” diyoruz.
Fosforun yanı sıra arsenik ve antimon elementleri de yarı iletken teknolojisinde verici olarak kullanılmaktadır. Ekstra elektronların düşük aktivasyon enerjileri nedeniyle düşük sıcaklıklarda bile iyonlaşırlar.
Periyodik tablonun üçüncü grubundaki elementleri de katkı maddesi olarak kullanabiliriz. Bor, alüminyum, galyum ve indiyum elementleri yarı iletken teknolojisinde kullanılmaktadır. Üç değerlikli bir katkı atomunun eksik bağ elektronu, bir delik oluşmasına ve dolayısıyla yarı iletkenin pozitif iletkenliğinde bir artışa yol açar.
Bu nedenle buna p-tipi iletken denir ve bu tür katkı maddeleri alıcılar olarak bilinir. Delikler artık baskındır, yani çoğunluk yük taşıyıcıları ve elektronlar azınlık yük taşıyıcılarıdır. Aynı düzenlilik, beş değerli atomlarla katkılama durumunda olduğu gibi geçerlidir, yani düşük sıcaklıklarda bile tüm delikler aktiftir.
Enerji boşluğunda bir dizi kimyasal elementin enerji seviyeleri görülebilir. Verici seviyeleri iletim bandına yakındır ve alıcı seviyeleri valans bandına yakındır. Görüldüğü gibi bazı elemanlar boşluğun merkezine yakın seviyelere neden olmaktadır.
Bu seviyelere rekombinasyon merkezleri denir çünkü fazla serbest elektronların ve deliklerin boşluk boyunca yeniden birleşmesine neden olurlar. Bu yeniden birleştirme, güneş pillerinin (ve diğer yarı iletken cihazların çoğunun) çalışmasına müdahale eder ve bundan kaçınılmalıdır. Bazı safsızlıkların eser miktarları bile çok zararlı olduğundan, yarı iletkenler son derece saf olmalıdır.
Daha sonra, yarı iletkenlerde ışığın soğurulmasıyla yük taşıyıcıların oluşumuna bakacağız. Opak metallerin aksine, yarı iletkenler kendileri için karakteristik olan soğurma davranışını sergilerler. En önemli özelliği soğurma kenarı olarak adlandırılan varlığıdır.
Foton enerjisinin (E = hc/λ, burada c ışığın boşluktaki hızı ve h Plank sabitidir) yasak bandın enerjisinden daha büyük olduğu λ dalga boyları için ışık, kalınlığa bağlıdır. malzemenin neredeyse tamamı emilir.
Uzun dalga boylu ışık durumunda, düşük enerjisi nedeniyle neredeyse hiç soğurma gerçekleşmez. Bu spektral bölgede yarı iletken şeffaftır. Silikon durumunda, bant kenarı λ ∼ 1,11μm'de kızılötesi içinde yer alır. Bu nedenle silikon, kızılötesi optikler için bir temel malzeme olarak mükemmel bir şekilde uygundur, ancak daha sonra göreceğimiz gibi, güneş spektrumunun soğurulması için ideal değildir.
Enerji Endüstrisi
Fosil enerji endüstrisinin mitolojisi, eskimiş deneyimlere ve düşünce alışkanlıklarına dayanmaktadır. Sanayileşmiş ülkelerin sakinlerinin, fosil enerji sisteminin merkezileşmiş yapılarında yaşamaya alışmak için bir yüzyılı oldu.
Bu yapılar artık olağan hale geldi, öyle ki çoğu insan enerjinin başka bir şekilde sağlanabileceğini hayal bile edemiyor. Aynı şey, genel halk ve bilim insanları ve hatta sıklıkla yenilenebilir enerji savunucuları için geçerli olduğu gibi, enerji şirketleri ve siyasi kurumlar için de geçerlidir.
Buna göre insanlar, çok sayıda yerel mikro enerji santrali aracılığıyla yalnızca yenilenebilir kaynaklardan enerji tedarikinin garanti edilebileceği konusunda oldukça şüpheci. Bu şüphecilik, küçük ölçekten duyulan topyekun korku, küçük fabrikaların mevcut endüstriyel standartları karşılayamayacağı veya yaşam standardımızı koruyamayacağı korkusu boyutlarına ulaşır.
Yerel tabanlı bir güç kaynağına ulaşmanın vizyoner hedefi, her şeyden önce Ernst Fritz Schumacher’in “küçük güzeldir” sözünün izinden gidiyor. Yine de adem-i merkeziyetçi yapılar her koşulda takip edilmesi gereken ve her durumda faydalı olması gereken bir amaç değildir.
Yerel yaklaşım, özellikle toplum, seri üretilen tüketim mallarının düşük maliyetli olmasına bağımlı hale geldiğinden, her zaman uygun değildir. Şehirlere merkezi bir su temini sistemi olmadan su temin edilmesi neredeyse imkansızdır.
Tüketicinin konumundan bağımsız bir elektrik arzını güvence altına almak ve fiyatları mümkün olduğunca düşük ve tekdüze hale getirmek için elektrik arzının merkezileştirilmesi neredeyse tüm ülkelerde hükümet politikasıydı. Çevresel nedenler de vardı, örneğin sayısız bireysel kömür ve odun yangını, merkezi bir elektrik santralinden ısı sağlamaktan daha fazla kirletici. Ademi merkeziyetçilik her zaman arzu edilen bir durum değildir.
Merkezileşmeyle ilgili sorun, ideolojik bir kanaat haline gelmesi ve sonuç olarak aslında ters teptiği durumlara uygulanmasıdır. Kojenerasyon santrallerinin yerini alan, böylece ısının ekonomik ve çevreye duyarlı kullanımını engelleyen büyük ölçekli enerji santralleri; merkezi atık tasfiye planları, gerektirdikleri atık sevkiyatları nedeniyle sorunları çözmekten çok sorun yaratır: bunlar, merkezileşmenin ters tepebileceğini gösterir.
Güneş enerjisi büyük, merkezi bir tesis gerektirse de, temel çevresel hususlar ve sınırlı fosil kaynaklar, merkezi bir güneş enerjisi tedarikini merkezi olmayan bir fosil yakıt tedarikine bile tercih edilebilir hale getirecektir. Bununla birlikte, güneş enerjisi optimum potansiyeline yalnızca merkezi olmayan bir yapı içinde ulaşır ve bu, yerelleşmeyi gerekli kılan bu teknolojik düşüncedir.
Aynı zamanda, bu, üçüncü taraf tedarik fikrinden özerk güç üretimine, kendi kendine yeterlilik ve bağımsızlığa doğru ilerlemek anlamına gelir. Ancak bu yaklaşımın çekiciliği prensipte ne kadar geniş olsa da, henüz günlük hayatın pratikliklerinde kendini hissettirmedi.
Daha fazla özerklik, bireye ek entelektüel ve pratik talepler yüklerken, genel kültürel eğilim diğer yöne, merkezi olarak tedarik edilen ürünleri tüketmenin rahatlığına doğru gidiyor.
Politik karar verme süreci de, her zamankinden daha yoğun ve daha sıkı bir şekilde birbirine bağlı anlaşmalar ağı yoluyla giderek daha merkezi hale geliyor.
Sonuç olarak, giderek daha fazla insan, kendilerini kenardan onaylayarak bakan tüketici rolüyle sınırlı buluyor. Gelecek, insanların tekrar daha aktif bir rol oynamasını gerektiriyorsa, birçok kişi kendilerinden çok fazla şey istendiğini hissedebilir. Bu durum, enerji üretiminde fonksiyonel işbölümünün üstesinden gelen entegre güneş enerjisi sistemlerine dönüşü zorlaştırmaktadır.
Yine de, toplumsal işlevlerin ademi merkeziyetçi olduğu ya da dağıtılmakta olduğu toplum yönleri vardır. Bir örnek, çok sayıda insana daha fazla özgürlük tanıyan, onları otomobil teknolojisi uzmanlarına dönüştüren ve toplu taşımayı kısıtlamaya zorlayan özel otomobildir.
Getirdiği daha fazla bireysel hareketlilik olmasaydı, araba bu kadar popüler olmazdı; Doğru bir şekilde hesaplandığında, arabalar toplu taşıma araçlarından önemli ölçüde daha pahalıdır ve enerji sistemleri gibi bir aracın satın alınması ve doğru şekilde bakımı zaman ve inisiyatif gerektirir.
Diğer bir örnek ise, bilgiye bireysel erişimi ve iletimi önemli ölçüde kolaylaştıran ve konumdan bağımsız hale getiren BT’dir. Sonuç daha fazla özgürlükse, insanlar temelde günlük yaşamları için daha fazla sorumluluk almaya hazırdır. Ne yazık ki, bireyselleşmenin bu iki zaferinin de ciddi sosyal ve çevresel sonuçları oldu.
Arabanın yıkıcı etkileri ortada. BT örneğinde, çok övülen “kağıtsız ofis”, kağıt tüketiminde büyük bir artışa neden oldu ve en ucuz tedarikçiden çevrimiçi ürün sipariş etme uygulaması, ulaşım endüstrisinde bir patlamaya yol açacaktır.
İletişim teknolojisi, araba yolculuğunu daha çekici hale getirerek trafikte daha fazla artış sağlar. Tek bir kullanıcı bu etkilerin olmasını istemez, ancak bunlar teknolojinin bedeli olarak kabul edilir. Fosil yakıt ve diğer doğal kaynakların tüketiminde ortaya çıkan artış, gelecek için telafisi mümkün olmayan bir ipotek anlamına gelmektedir.
Öte yandan, enerji üretimini halkın eline vermenin kayda değer bir olumsuz etkisi olmayacaktır. Gelecek için bireysel özgürlük ve kolektif sosyal sorumluluk birbirini dışlamaz, aksine el ele gider.
Hangi teknoloji, kullanımı çevreye zarar vermek yerine onu temizleyen bir teknolojiden daha arzu edilir olabilir? Bireysel enerji üretiminin gerçekten popüler hale gelmesi için, aynı zamanda özgürlük ve fırsatlar açısından somut avantajlar da getirmesi gerekir; bu da geçişin işleri karmaşıklaştırmak yerine basitleştirmesi gerektiği anlamına gelir.
Güneş enerjisi şu anda hala zahmetli çünkü tedarikçi, bilgi ve tavsiye kaynakları eksikliği var, çünkü hala çok sayıda bürokratik engel var ve girişimcilik, teknik ve personel altyapısı yetersiz kalıyor. Daha fazla karmaşıklık ortaya çıkıyor çünkü çoğu bireysel sistem, nükleer ve fosil yakıt enerjisinin tamamen yerini almaktan ziyade yanında var olan kısmi çözümler vardır.