Dahili foto efekti, katı bir cisim içindeki elektromanyetik radyasyonun soğurulmasını da tanımlar. Elektronlar bu durumda katı cisimden ayrılmamıştır. Sadece valans bandından iletim bandına kadar kaldırılırlar. Bu nedenle, katı cismin elektrik iletkenliğini artıran elektron-boşluk çiftleri yaratılır.Dahili foto etkisi, fotovoltaik etkinin ve dolayısıyla güneş pilinin temelidir. Bununla birlikte, fotovoltaik etki, örneğin bir metal-yarı iletken bağlantısı, bir p-n-bağlantısı veya bir p-n-hetero-bağlantısı gibi ek bir sınır katmanı gerektirir.

P-n Bölgeleri

Donörlerin ve alıcıların iyi tanımlanmış eklenmesiyle (difüzyon, alaşımlama, iyon implantasyonu), yarı iletken bir kristal içinde bitişik p- ve n-bölgeleri oluşturulur. Özellikle bir iletkenlikten diğerine ani geçişler epitaksi ile sağlanır. Burada, bir yarı iletkenin katman katman büyümesi, neredeyse bir atomik katman içinde bir sonrakine geçiş sağlar.

p- ve n-katkılı malzemeler temas ettirilirse, p-katkılı taraftaki delikler n-tipi bölgeye yayılır ve bunun tersi de geçerlidir. İlk olarak, iletim bandı içindeki elektronlardan ve değerlik bandı içindeki deliklerden oluşan p-n-kavşağında güçlü bir konsantrasyon gradyanı oluşur.

Bu konsantrasyon nedeniyle, p bölgesinden gradyan boşlukları n bölgesine yayılırken, elektronlar n- bölgesinden p- alanına yayılır. Difüzyon nedeniyle, p-n-kavşağının her iki tarafında çoğunluk taşıyıcılarının sayısı azalır. Durağan vericilere veya alıcılara iliştirilmiş olan yük daha sonra geçiş alanının p-tarafında negatif bir uzay yükü ve n-tarafında pozitif bir uzay yükü oluşturur.

Serbest yük taşıyıcılarının dengelenmiş konsantrasyonunun bir sonucu olarak, sınır arayüzü (p-n-kavşağı) boyunca bir elektrik alanı oluşur. Açıklanan işlem, difüzyon akışının ve ters akımın birbirini telafi ettiği bir tükenme katmanı oluşturur. Vericilerin ve alıcıların artık karşılanmayan sabit ücretleri, genişliği doping konsantrasyonuna bağlı olan bir tüketim katmanı tanımlar.

İdealleştirilmiş koşulları gösterir. Basitleştirilmiş olarak, çoğunluk taşıyıcı yoğunluğunun tüm uzay yükü bölgesi üzerinde ihmal edilebilir olduğu ve tüketim katmanı yoğunluğunun tükenme bölgesinin kenarlarına kadar sabit kaldığı varsayılmıştır.

Bu aynı zamanda ilgili doping konsantrasyonunun p-n sınırına kadar sabit olduğu anlamına gelir; p-n-geçişi böylece ani olur. Pozitif yüklü bir parçacığın karşılık gelen potansiyel eğrisini ve tükenme katmanında oluşturulan difüzyon voltajını gösterir.

Enerji aralığı modelinde elektronun enerjisi y ekseninde temsil edildiğinden, difüzyon voltajı ters yönde gösterilir ve bu nedenle yukarıda gösterilen dağıtım işleviyle eşleşmez.

Fotovoltaik Etki

Işık enerjisinin kuantumu olan fotonlar bir yarı iletkene çarpıp nüfuz ederse, enerjilerini valans bandından bir elektrona aktarabilirler. Böyle bir foton, tükenme katmanı içinde emilirse, bölgenin elektrik alanı, oluşturulan yük taşıyıcı çiftini doğrudan ayırır.

Elektron n-bölgesine doğru hareket ederken, delik p-bölgesine hareket eder. Bu tür bir ışık absorpsiyonu sırasında, elektron-boşluk çiftleri, p- veya n- bölgesi içindeki tükenme bölgesinin dışında (yani elektrik alanının dışında) yaratılırsa, termal nedeniyle difüzyonla uzay-yük bölgesine de ulaşabilirler. hareketler (yani yön bir elektrik alanı tarafından önceden belirlenmeden).

Bu noktada, ilgili azınlık taşıyıcıları (yani, p-bölgesindeki elektronlar ve n-bölgesindeki delikler), uzay-yük bölgesinin elektrik alanı tarafından toplanır ve karşı tarafa aktarılır. Tükenme katmanının potansiyel bariyeri, aksine, ilgili çoğunluk taşıyıcılarını yansıtır.

Son olarak, p tarafı pozitif olarak yüklenirken n tarafı negatif olarak yüklenir. Tükenme katmanının içinde ve dışında emilen fotonların her ikisi de bu şarja katkıda bulunur. Bu ışık kaynaklı yük ayırma işlemi, p-n-foto etkisi veya fotovoltaik etki olarak adlandırılır.

Bu nedenle, fotovoltaik etki ancak ışık absorpsiyonu sırasında oluşan iki yük taşıyıcıdan biri p-n-bağlantısını geçerse gerçekleşir. Bu, yalnızca tükenme katmanı içinde elektron-boşluk-çifti oluşturulduğunda meydana gelebilir. Bu elektrik alanın dışında, ışık tarafından oluşturulan yük taşıyıcı çiftlerinin rekombinasyon yoluyla kaybolma olasılığı giderek artmaktadır.

Fotovoltaik malzemeler
Fotovoltaik Nedir
Güneş fotovoltaik Nedir
Fotovoltaik hücre
Fotovoltaik sistemler ve uygulamaları
Fotovoltaik hücre yapısı
Fotovoltaik hücre üretimi
Fotovoltaik Panel

Bu, elektron-boşluk-çiftinin oluşum yeri ile tükenme katmanı arasındaki mesafe ne kadar büyükse o kadar olasıdır. Bu, yarı iletken malzeme içindeki yük taşıyıcıların “difüzyon uzunluğu” ile ölçülür. “Difüzyon uzunluğu” terimi, rekombinasyon gerçekleşmeden önce bir elektrik alanı olmayan alan içindeki elektronlar veya delikler tarafından aşılması gereken ortalama yol uzunluklarını ifade eder.

Bu difüzyon uzunluğu, yarı iletken malzeme tarafından belirlenir ve aynı malzeme söz konusu olduğunda, büyük ölçüde safsızlık içeriğine ve dolayısıyla dopinge (daha fazla katkılama, difüzyon uzunluğunun daha düşük olması) ve kristal mükemmelliğine bağlıdır.

Silikon için difüzyon uzunluğu yaklaşık 10 ila birkaç 100 μm arasında değişir. Difüzyon uzunluğu, yük taşıyıcının p-n-kavşağına olan mesafesinden daha azsa, çoğu elektron veya boşluk yeniden birleşir. Matematiksel olarak: belirli bir difüzyon uzunluğunun üstesinden geldikten sonra, ışıkla indüklenen yük taşıyıcıların sayısı 1/e’ye düşürülür; sonra iki difüzyon uzunluğunu kapladıktan sonra 1/e2’ye düşürülür.  Etkili bir yük taşıyıcı ayrımı elde etmek için difüzyon uzunluğu, bir fotovoltaik hücreye gelen güneş radyasyonunun absorpsiyon uzunluğunun bir katı olmalıdır.

Işınlama sırasında yük ayrımı nedeniyle, elektronlar n-bölgesinde birikir, oysa delikler p-bölgesinde birikir. Elektronlar ve boşluklar, biriken yüklerin itici kuvvetleri ek birikimi engellemeye başlayana kadar birikecektir; yani elektronların ve boşlukların birikmesiyle oluşan elektrik potansiyeli, p-n- bağlantısının difüzyon potansiyeli ile dengelenene kadar. Daha sonra güneş pilinin açık devre voltajına ulaşılır. Bu koşulları elde etme süresi neredeyse ölçülemeyecek kadar kısadır.

p- ve n-tarafları harici bir bağlantı ile kısa devre edilirse, kısa devre akımı ölçülür. Bu çalışma modunda, p-n- bağlantısındaki difüzyon voltajı geri yüklenir. Bir güneş pilinin çalışma prensibine göre, kısa devre akım artışı güneş ışınımı ile orantılı ve hemen hemen doğrusaldır.

Teknik Açıklama

Fotovoltaik enerji üretiminin teknik temelleri özetlenmiştir. Belirtilen temel rakamlar da dahil olmak üzere tüm açıklamalar en son teknolojiyi yansıtmaktadır. Üst düzey laboratuvar hücreleri veya modülleri daha iyi bir performansa sahip olabilir.

The post Fotovoltaik Etki – Enerji Mühendisliği Ödevleri – Enerji Mühendisliği Ödev Hazırlatma – Enerji Mühendisliği Alanında Tez Yazdırma – Enerji Mühendisliği Ödev Yaptırma Fiyatları first appeared on Online (Parayla Ödev Yaptırma).

Güneş termal ısısı ve enerji üretiminin yanı sıra, fotovoltaik enerji üretimi, güneş radyasyonu enerjisini doğrudan kullanmak için başka bir olasılıktır. Bununla birlikte, güneş termal elektrik üretiminin aksine, güneş enerjisi doğrudan elektrik enerjisine dönüştürülür. Aşağıda, bu enerji dönüştürme yönteminin temel fiziksel ilkeleri özetlenmiştir.

Enerji Açığı Modeli

Çekirdeğin içindeki pozitif yüklü protonlar ve yüksüz nötronların yanı sıra, bir atom, çekirdeğin etrafında farklı enerji seviyeleri (“kabuklar” veya “yörüngeler” gibi) üstlenen negatif yüklü elektronlardan oluşur.

Belirli bir enerji seviyesini işgal edebilen sınırlı sayıda elektron vardır; sözde Pauli dışlama ilkesine göre, herhangi bir olası enerji seviyesi en fazla iki elektron tarafından işgal edilebilir. Bu iki elektrona ancak “dönüşleri” (yani kendi açısal momentumları) ile birbirlerinden yine farklı olmaları durumunda izin verilir.

Birkaç atom bir kristal oluşturursa, tek tek atomların farklı enerji seviyeleri birbiriyle örtüşür ve enerji bantları oluşturmak için gerilir. Bu “izin verilen” enerji bantları arasında enerji boşlukları (yani “yasaklanmış” bantlar) vardır.

Çekirdeğe yakından bağlı iç elektronlar için dar izin verilen bantlar ve dış elektronlar için geniş izin verilen bantlar vardır. Yasaklı bantların genişliği ise tam tersi şekilde değişir; yasak bantlar çekirdeğe yakın geniştir ve artan enerji seviyesiyle azalır, böylece dış bantlar üst üste biner.

İzin verilen bantların enerjik mesafeleri ve enerji boşluklarının genişliği ve elektronların izin verilen bantlara dağılımı bir kristalin elektrik ve optik özelliklerini belirler.

Ayrıca bu bantlar içinde elektronların işgal edeceği enerji seviyelerinin sayısı sınırlıdır (yani boşluk sayısı sınırlıdır). Dolayısıyla bir “sonlu enerji durumu yoğunluğu” vardır.

Sırasıyla düşük enerji seviyelerine sahip atomların iç kabukları ve katıların enerji bantları neredeyse tamamen elektronlarla kaplıdır. Elektronlar burada serbestçe hareket edemezler; sadece yer değiştirebilirler.

Bu elektronlar herhangi bir iletkenlik üretmezler. Tamamen elektronlarla dolu, enerji açısından en zengin enerji bandına değerlik bandı denir; içerdiği elektronlar malzemenin kimyasal bağ tipini belirler.

Elektrik iletkenliğine sahip bir katı, serbestçe hareket eden elektronlar gerektirir. Bununla birlikte, elektronlar ancak tamamen dolu olmayan bir enerji bandında bulunuyorlarsa serbestçe hareket edebilirler. Enerji nedeniyle, bu sadece valans bandının üzerinde bulunan enerji bandı için geçerlidir. Bu enerji bandı bu nedenle iletim bandı olarak adlandırılır.

Değerlik bandı ile iletim bandı arasındaki enerji boşluğu, örneğin, “bant aralığı” olarak adlandırılır. Bu enerji aralığı, değerlik bandından iletim bandına bir elektron aktarmak için gereken minimum enerji miktarına tam olarak eşittir.

Fotovoltaik sistemler ve uygulamaları
Güneş enerjisi ile elektrik üretimi pdf
Fotovoltaik hücre yapısı
Fotovoltaik sistem elemanları
Fotovoltaik hücre üretimi
Fotovoltaik Sistemler Ders Notları
Güneş fotovoltaik bölümü
Güneş enerjisi elektrik üretimi Nasıl yapılır

İletkenler, yarı iletkenler ve yalıtkanlar

İletkenler, yarı iletkenler ve yalıtkanlar, bant yapıları ve bantlarının elektronlarla işgali açısından farklıdır.

İletkenler 

İletkenler içinde (örneğin metaller ve alaşımları) iki farklı durum meydana gelebilir.

− Elektronların işgal ettiği enerji bakımından en zengin bant (yani iletim bandı)
tamamen meşgul.
− Tamamen elektronlarla dolu en enerji açısından zengin bant (yani değerlik bandı) ve üstte bulunan iletim bandı üst üste biner, böylece kısmen örtülü bir bant (iletkenlik bandı) oluşur.

Böylece akım, malzemenin ilgili sıcaklığından bağımsız olarak kristal kafes içinde bol miktarda bulunan serbestçe hareket eden elektronlar tarafından aktarılır. Bu nedenle, elektrik iletkenleri (metaller gibi) düşük özgül dirençle karakterize edilir.

Artan sıcaklıkla birlikte, atomik çekirdeklerin artan termal salınımı elektronların hareketini engeller. Bu nedenle metallerin özgül direnci artan sıcaklıkla artar.

İzolatörler

İzolatörler (örn. kauçuk, seramikler) tamamen elektronlarla dolu bir valans bandı, geniş bir enerji aralığı (Örn. > 3 eV) ve boş bir iletim bandı ile karakterize edilir. Bu nedenle, yalıtkanlar neredeyse hiç serbestçe hareket eden elektronlara sahip değildir. Sadece çok yüksek sıcaklıklarda (güçlü “termal uyarılma”) az sayıda elektron enerji boşluğunu aşabilir. Bu nedenle, örneğin seramikler, yalnızca çok yüksek sıcaklıklarda iletkenlik gösterir.

Yarı iletkenler

Prensip olarak, yarı iletkenler (örn. silikon, germanyum, galyum-arsenit) nispeten dar bir enerji aralığına (0,1 eV < Eg < 3 eV) sahip yalıtkanlardır. Bu nedenle, düşük sıcaklıklarda, kimyasal olarak saf bir yarı iletken yalıtkan görevi görür. Sadece termal enerji eklenerek elektronlar kimyasal bağlarından salınır ve iletim bandına yükselir.

Yarı iletkenlerin artan sıcaklıklarla iletken hale gelmesinin nedeni budur. Bu, iletkenliğin artan sıcaklıklarla azaldığı metallere kıyasla tam tersidir. Spesifik dirençle ilgili olarak, yarı iletkenler iletkenler ve yalıtkanlar arasındadır.

Yarı iletkenler ve iletkenler arasındaki geçiş alanı içinde, çok dar enerji boşlukları durumunda (0 eV < Eg < 0,1 eV), bu tür elementler metallerle benzer iletkenlik gösterebildikleri için metaloidler veya yarı metaller olarak da adlandırılır. Bununla birlikte, “gerçek” metallerden farklı olarak, azalan sıcaklıklarla azalan iletkenlik ile karakterize edilirler.

İçsel iletkenlik

Değerlik elektronları artan sıcaklıklarla kimyasal bağlarından ayrılarak iletim bandına ulaştıklarından (içsel iletkenlik), yarı iletkenler belirli bir sıcaklık seviyesinin üzerinde iletkendir. Kristal kafes boyunca serbestçe hareket edebilen iletim elektronları haline gelirler (yani elektron iletimi).

Öte yandan, komşu bir elektron deliğe ilerleyebileceğinden, değerlik bandı içinde ortaya çıkan boşluk da yarı iletken malzeme boyunca hareket edebilir. Delikler böylece iletkenliğe (delik iletimi) eşit olarak katkıda bulunur. Her serbest elektron, bozulmamış saf yarı iletken kristaller içinde bir delik oluşturduğundan, her iki tür yük taşıyıcı da eşit olarak bulunur.

İçsel iletkenlik, rekombinasyonla, yani serbest bir elektron ile pozitif bir deliğin rekombinasyonuyla dengelenir. Bu rekombinasyona rağmen, deliklerin ve serbest elektronların sayısı eşit kalır çünkü belirli bir sıcaklık seviyesinde rekombinasyon olarak her zaman aynı sayıda elektron-deşik-çifti oluşur.

Her sıcaklık için, belirli sayıda serbest delik ve serbest elektron içeren bir denge durumu vardır. Serbest elektron deliği çiftlerinin sayısı artan sıcaklıkla artar.

Böyle bir kristal kafese dışarıdan harici bir voltaj uygulanırsa, elektronlar pozitif kutba, delikler ise negatif kutba hareket eder. Yarı iletkenlerin içindeki içsel iletim mekanizması da enerji aralığı modeliyle açıklanabilir.

The post Fotovoltaik Enerji Üretimi – Enerji Mühendisliği Ödevleri – Enerji Mühendisliği Ödev Hazırlatma – Enerji Mühendisliği Alanında Tez Yazdırma – Enerji Mühendisliği Ödev Yaptırma Fiyatları first appeared on Online (Parayla Ödev Yaptırma).