🗊Презентация Фотовольтаика. Место фотовольтаики среди других дисциплин

Фотовольтаика

Три уровня описания взаимодействия света с веществом Современное производство широко использует различные оптические приборы и устройства для совершенствования существующих и создания новых технологий, позволяющих целенаправленно воздействовать на вещество, управлять происходящими в нем физическими процессами. Выполняемые с этой целью оптические исследования – это, прежде всего, изучение физики взаимодействия света с веществом. Существуют три уровня рассмотрения этого взаимодействия: классический – оптическое излучение представляют в виде световых лучей или электромагнитных волн соответствующего диапазона частот, а вещество описывают в рамках аппарата механики сплошных сред, термодинамики, классической электродинамики; полуклассический - предполагает квантовый подход при описании вещества (принимаются во внимание - структура энергетических уровней атомов и молекул, энергетическая зонная структура кристаллов, статистика заселения различных квантовых состояний) с сохранением классической трактовки света; квантовый – осуществляется квантование не только вещества, но и излучения с использованием аппарата квантовой электродинамики.

ОБЩАЯ СХЕМА применения полуклассического подхода

УРОВЕНЬ ФЕРМИ

Полупроводниковые соединения бывают собственные и примесные. Собственные полупроводники – полупроводники, в которых нет примесей. Собственная концентрация - концентрация носителей заряда в собственном проводнике (электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне , причем ). При Т=0 в собственном полупроводнике свободные носители отсутствуют . При Т>0 часть электронов забрасывается из валентной зоны в зону проводимости. Эти электроны и дырки могут свободно перемещаться по энергетическим зонам. Дырка – это способ описания коллективного движения большого числа электронов (примерно 1023см-3) в не полностью заполненной валентной зоне. Причем электрон – частица (его можно инжектировать из полупроводника или металла наружу, например, с помощью фотоэффекта), а дырка – квазичастица (она может «существовать» только внутри полупроводника).   Примесные полупроводники получают в результате легирования - внедрения примеси. Пусть имеется полупроводник 4-й группы (например, кремний или германий). Если ввести в него примесь – элемент 5-й группы, то получим донорный полупроводник -типа, он обладает электронным типом проводимости, а если – элемент 3-й группы, то получим акцепторный полупроводник -типа, он имеет дырочный тип проводимости.

Величина запрещённой зоны между зонами валентности и проводимости является ключевой величиной в зонной теории, она определяет оптические и электрические свойства материала. Величина запрещённой зоны между зонами валентности и проводимости является ключевой величиной в зонной теории, она определяет оптические и электрические свойства материала. Поскольку одним из основных механизмов передачи электрону энергии является тепловой, то проводимость полупроводников очень сильно зависит от температуры. Также проводимость можно увеличить, создав разрешенный энергетический уровень в запрещённой зоне путём легирования. C помощью легирования создаются все полупроводниковые приборы: солнечные элементы (преобразователи света в электричество), диоды, транзисторы, твердотельные лазеры и другие. Переход электрона из валентной зоны в зону проводимости называют процессом генерации носителей заряда (отрицательного — электрона, и положительного - дырки), обратный переход — процессом рекомбинации.

Основные закономерности фотоэлектронной эмиссии

Основные закономерности фотоэлектронной эмиссии состоят в следующем: