Коммерциялық емес акционерлік қоғам Физика кафедрасы кванттық физика

Мұндай ауысу негізінен кристалды шала ӛткізгіштің ішкі аймағында, 
яғни қоспалар (акцепторлықтан донорлыққа) ауысатын жерде ӛтеді және 
ӛткізгіштіктің осы түріне (кемтіктіктен электрондыққа) байланысты. 
Егер 
р
- және 
n
- типті шала ӛткізгіштер арасындағы түйісу жоқ болса, 
онда олардың энергетикалық сұлбаларында (9.1 сурет) Ферми деңгейі әр түрлі 
деңгейде орналасқан,
 р 
- типті шала ӛткізгіште валенттік аймаққа, ал 
n 
- типті 
шала ӛткізгіште ӛткізгіштік аймаққа жақын орналасқан (
р 
шала ӛткізгіштен А
2
шығу жұмысы 
n
шала ӛткізгіштен А
1
 
шығу жұмысынан әрқашанда
 
үлкен 
болады). Түйісу болған жағдайда (9.2 сурет) ток тасымалдаушылар алмасуы 
пайда болып, нәтижесінде Ферми деңгейлерң теңеседі.
9.2 сурет 
Түйісу аймағында негізгі ток тасымалдаушылар (
р 
- типті шала 
ӛткізгіштерде-кемтіктер, 
n 
- типті шала ӛткізгіштерде - электрондар) үшін 
жапқыш қабат
деп аталатын қалыңдығы 
l
p 
+ l
n
болатын қабат түзіледі. Осы 
қабаттың қоспа иондары 
n 
- аймақта оң, р - аймақта теріс кӛлемдік заряд 
құрайды. 
n 
және р- аймақтар арасында негізгі ток тасымалдаушыларға 
(яғни 
ӛткізгіштік электрондардың n-аймағынан p-аймағына қарай, ал кемтіктердің 
кері бағытта ӛтуіне)
кедергі жасайтын 
түйісу потенциалдар айырымы пайда болады.
Сәулелену жоқ кездде 
р
- 
n 
ауысуының екі аймағының сыртқы шеттерін 
жапқанда, тізбекте ток болмайды.
Яғни тепе-теңдік күйде, түйісу 
ауысуындағы негізгі және негізгі емес ток тасымалдаушылар қозғаласы 
тудыратын , қорытқы ток нӛлге тең. 
Түйісуге сыртқы +U кернеуді тура жалғасақ ( 
р 
- шала ӛткізгішке оң, 
n
– шала ӛткізгішке теріс) жапқыш қабаттың потенциалды бӛгеті кемиді. 
p-n

ауысуынан ӛтетін тегізгі ток тасымалдаушылар саны артады, ал негізгі емес 
тасымалдаушылар ағыны ӛзгермейді. Түйісуден ток тура бағытта ӛтеді:
9.3 сурет 
Сыртқы ӛрісті кері қосқанда ол жапқыш қабат ӛрісімен қосылып, 
нәтижесінде негізгі ток тасымалдаушылардың диффузия тогы үшін үлкен 
кедергі пайда болады. Бұл кезде түйісуден ток кері бағытта жүреді. Кері 
кернеудің қандай да бір мәнінде негізгі тасымалаушылардың түйісу арқылы 
ӛтуі тоқталады. Тек негізгі емес ток тасымалдаушылар тудыратын кері ток 
ӛзінің қанығу мәніне жетеді.
Сәулеленбеген
p-n
-ауысудың волть-амперлік сипаттамасы 9. 3 суретте 
(2-ші қисық) кӛрсетілген. Ол келесі ӛрнекпен сипатталады:
,
(9.1) 
Мұндағы - сәулеленбеген
 p-n
-ауысудың қанығу тогы;
- Больцман тұрақтысы; 
- электрон зарды; 
- абсолют температура; 
таңбасы сыртқы ӛрістің тура және кері бағыттарын кӛрсетеді;
- сыртқы ӛріс кернеуі. 
Егер шала ӛткізгішке винтильді түйісуіне жақын жарық түсірейік. Ішкі 
фотоэффектің әсерінен пайда болған электрон-кемтік жұптарының 
концентрациясы сәулеленген беттен қашықта азаяды. Диффузия нәтижесінде
электрондар мен кемтіктер олардың бӛлінуі болатын түйісу ауысуына 
ығысады, яғни ол жерде негізгі тасымалдаушылар түйісу ӛрісінде бӛгеледі, 

ал негізгі еместер үдетіліп 
p-n 
ауысудан
 
еркін ӛтіп кетеді, кері бағытта ӛтетін 
фототок пайда болады. 
9.4 сурет 
Егер тізбек тұйықталмаса, онда
p-n 
ауысу шекарасында негізгі емес 
тасымалдаушыларға кедергі жасайтын кӛлемдік зард жинақталады. 
Полярлығы түйісу кернеуіне кері 
U
ф
фото - электр қозғаушы күш (Э.Қ.К.) 
пайда болады. Жапқыш қабаттың потенциалды бӛгеті кемиді (9.4 суретке 
қараңыз). Осының салдарынан тура бағытта ӛтетін
I
у
жылыстау тогы
пайда 
болады. Фото-Э.Қ.К. шамасы негізгі тасымалдаушылар тогы фототокпен
теңескенше артады.
9.5 сурет
p-n
-ауысуды 
жүктемелік кедергімен тұйықтаймыз (9.5 суретке 
қараңыз). Тізбектен екі токтың қосындысындай : 
(9.2) 

І
ток ӛтеді. , 
Сәулеленбеген 
p-n
-ауысуы үшін жылыстау тогы (9.1) формуласымен, ал 
оған тура бағытта сыртқы
кернеу берілсе
, 
ӛрнегімен есептелінеді. 
Қысқаша тұйықталу кезінде 
, 
болады, 
сыртқы тізбектің қысқаша тұйықталу тогы Ф жарық ағынына пропорционал
фототокқа тең: 
.
(9.3) 
Бос жүріс (холостой ход) тәртібі кезінде тізбек
тұйықталады , 
бос жүріс кернеуі
. (9.1) ӛрнегінен алатынымыз:
,
(9.4) 
Осыдан шығатыны 
. 
(9.5) 
Сонымен вентильді фотоэлементтер сәуле энергисын электр энергисына 
айналдырады, сондықтан оларды кейде 
фотогальваникалық элементтер
деп 
те атайды. 
Сәулеленген
p-n
-ауысуы үшін волть-амперлік сипаттама 9.3 суретте (1-
кесіндісі 
ші қисық) келтірілген.
қысқаша 
тұйықталу 
тогына 
, 
кесіндісі бос 
жүріс 
кернеу 
шамасына 
сәйкес 
келеді 
. 

9.6 сурет 
Сыртқы жүктемені 0 ден -ке дейін ӛзгертіп, фотогальваникалық 
тәртіптегі, тұрақты жарық ағынында (Е сәулелену тұрақты)
 
p-n
-ауысуының 
вольт-амперлік сипаттамасы болып табылатын
ab 
аралығын аламыз.
bc
бӛлігі
 
p-n
-ауысуына сыртқы тура кернеу, ал 
ad
бӛлігі кері кернеу берген 
кездегі фотоэлемент жұмысын сипаттайды.
Жарық ағынын ӛзгерткенде, сонымен қатар сәулеленгенде вольт-
амперлік сипаттама ығысады, олардың пішімі ӛзгереді. Фотогальваникалық 
тәртіпте, әр түрлі сәулеленуге сәйкес келетін винтильді фотоэлементтің вольт-
амперлік сипаттамаларының жиынтығы 9.6 суретте кескінделген. Координат 
басынан, жүктеме кедергісінең
шамасы анықтайтын
бұрашпен жүргізілген түзу сипаттаманы абсциссасы жүктемедегі кернеу 
түсуін, ал ординатасы сыртқы тізбектегі токты кӛрсететін нүктеде қияды, 
мысалы 
. Суреттегі штрихталған аудан 
кедергіде бӛлінетін 
қуатқа пропорцианал : 
,
(9.6) 
Жүктеменің тиімді кедергісі
осы қуат ең үлкен болатындай етіп 
таңдап алынады.
Фотогальваникалық элементтің пайдалы әсер коэффициенті (ПӘК) 
мына қатынаспен анықталады: 
,
(9.7) 
мұндағы - толқын ұзындығы =555 нм –і 628 лм/Ваттқа тең, 
фотоэлементтің қабылдау бӛлігінің ауданы болатын 
жарық серпімі
деп 
аталады. 
Құралғы: 1 жарық кӛзінен, 2 кремниден жасалынған вентильді 
фотоэлементтен (күн элементі), 3 кедергілер жинағынан, милливольтметрден 
және миллиамперметрден тұрады (9.7 суретке қараңыз). 

9.7 сурет 
9.8 сурет 
Кремнилі вентильді фотоэлементі (9.7 сурет) 
n
-типті кремний 1 
фотопластинкадан, беті ВСl
3
буында
температурада қыздыру 
жолымен, монокристалдан кесіп алынған 2 жұқа
р
-типті кремний қабатынан 
құралған. Сыртқы тібекпен 
р
- аймақтың түйісуі 3 оның бетіне себілген 
металл жолақ арқылы жүзеге асады. 
n
- аймақпен 4 түйісу үшін сыртқы қабат 
бӛлігі тегістеледі. 

жүктеу/скачать 1,32 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: