|
|
Günümüz elektronik ürünlerinde kullanılan transistörler, doğrultucu
diyotlar gibi güneş pilleri de, yarı-iletken maddelerden yapılırlar.
Yarı-iletken özellik gösteren birçok madde arasında güneş pili yapmak
için en elverişli olanlar, silisyum, galyum arsenit, kadmiyum tellür
gibi maddelerdir.
Yarı-iletken maddelerin güneş pili olarak kullanılabilmeleri için n ya
da p tipi katkılanmaları gereklidir. Katkılama, saf yarıiletken eriyik
içerisine istenilen katkı maddelerinin kontrollü olarak eklenmesiyle
yapılır. Elde edilen yarı-iletkenin n ya da p tipi olması katkı
maddesine bağlıdır. En yaygın güneş pili maddesi olarak kullanılan
silisyumdan n tipi silisyum elde etmek için silisyum eriyiğine
periyodik cetvelin 5. grubundan bir element, örneğin fosfor eklenir.
Silisyum'un dış yörüngesinde 4, fosforun dış yörüngesinde 5 elektron
olduğu için, fosforun fazla olan tek elektronu kristal yapıya bir
elektron verir. Bu nedenle V. grup elementlerine "verici" ya da "n
tipi" katkı maddesi denir.
P tipi silisyum elde etmek için ise, eriyiğe 3. gruptan bir element
(alüminyum, indiyum, bor gibi) eklenir. Bu elementlerin son
yörüngesinde 3 elektron olduğu için kristalde bir elektron eksikliği
oluşur, bu elektron yokluğuna hol ya da boşluk denir ve pozitif yük
taşıdığı varsayılır. Bu tür maddelere de "p tipi" ya da "alıcı" katkı
maddeleri denir.
P ya da n tipi ana malzemenin içerisine gerekli katkı maddelerinin
katılması ile yarıiletken eklemler oluşturulur. N tipi yarıiletkende
elektronlar, p tipi yarıiletkende holler çoğunluk taşıyıcısıdır. P ve n
tipi yarıiletkenler biraraya gelmeden önce, her iki madde de
elektriksel bakımdan nötrdür. Yani p tipinde negatif enerji seviyeleri
ile hol sayıları eşit, n tipinde pozitif enerji seviyeleri ile elektron
sayıları eşittir. PN eklem oluştuğunda, n tipindeki çoğunluk taşıyıcısı
olan elektronlar, p tipine doğru akım oluştururlar. Bu olay her iki
tarafta da yük dengesi oluşana kadar devam eder. PN tipi maddenin ara
yüzeyinde, yani eklem bölgesinde, P bölgesi tarafında negatif, N
bölgesi tarafında pozitif yük birikir. Bu eklem bölgesine "geçiş
bölgesi" ya da "yükten arındırılmış bölge" denir. Bu bölgede oluşan
elektrik alan "yapısal elektrik alan" olarak adlandırılır. Yarıiletken
eklemin güneş pili olarak çalışması için eklem bölgesinde fotovoltaik
dönüşümün sağlanması gerekir. Bu dönüşüm iki aşamada olur, ilk olarak,
eklem bölgesine ışık düşürülerek elektron-hol çiftleri oluşturulur,
ikinci olarak ise, bunlar bölgedeki elektrik alan yardımıyla
birbirlerinden ayrılır.
Yarıiletkenler, bir yasak enerji aralığı tarafından ayrılan iki enerji
bandından oluşur. Bu bandlar valans bandı ve iletkenlik bandı adını
alırlar. Bu yasak enerji aralığına eşit veya daha büyük enerjili bir
foton, yarıiletken tarafından soğurulduğu zaman, enerjisini valans
banddaki bir elektrona vererek, elektronun iletkenlik bandına çıkmasını
sağlar. Böylece, elektron-hol çifti oluşur. Bu olay, pn eklem güneş
pilinin ara yüzeyinde meydana gelmiş ise elektron-hol çiftleri buradaki
elektrik alan tarafından birbirlerinden ayrılır. Bu şekilde güneş pili,
elektronları n bölgesine, holleri de p bölgesine iten bir pompa gibi
çalışır. Birbirlerinden ayrılan elektron-hol çiftleri, güneş pilinin
uçlarında yararlı bir güç çıkışı oluştururlar. Bu süreç yeniden bir
fotonun pil yüzeyine çarpmasıyla aynı şekilde devam eder. Yarıiletkenin
iç kısımlarında da, gelen fotonlar tarafından elektron-hol çiftleri
oluşturulmaktadır. Fakat gerekli elektrik alan olmadığı için tekrar
birleşerek kaybolmaktadırlar. |
|
Ana Sayfa
