fizik

GENEL BİLGİ:Güneş pillerinin çalışmasının daha iyi anlaşılabilmesi için bazı temel teorik bilgilerin hatırlanmasında fayda vardır.

l-FOTON ENERJİSİ:

bir fotonun enerjisi E = h.f ile verilir. Formülde; h = 6,625.10^-34 j.s olmak üzere plank sabiti, (f) de frekanstır. (f  = c / l ışık hızının dalga boyuna oranı.) güneş veya herhangi bir ışık kaynağımdan yayılan ısınlar, her biri (h.f) kadar enerji taşıyan fotonların tekil ettiği enerji akımıdır. Foton akısı, ışık demetine birim yüzeyden, birim zamanda geçen fotun sayısı olarak tanımlanır.

2-MADDENİN YAPISI VE YARI İLETKENLİĞİ

Bilindiği gibi madde, pozitif yüklü çok ağır bir çekirdekle, onun etrafında belirli yörüngelerle dolanan elektronlardan meydana gelmiştir. Bu yükler, dış tesiri yoksa birbirini dengeler elektronlar, yörüngelerinin bulunduğu yarıçapa orantılı olarak potansiyel ve kinetik enerji taşırlar. En dış yük yörüngede maksimum 2, sonrakinde 8 ve 3.'de 18 elektron bulunabilir. Elektronlar, ard arda gelen ve her biri belli sayıda elektron bulunduran enerji bandların da bulunurlar. Dışardan enerji alan bir elektron bir üst seviyedeki banda çıkabilir. Daha düşük banda geçen elektronda dışarı enerji yayar. Son tabaka elektronlarına valans elektronları denir ve cisimlerin kimyasal bileşik yapmalarını temin eder. Son tabakası dolmamış bir atomun, bir başka cisme ait komşu atomdan elektron kapmaya yatkınlığı vardır. İçi tabaka elektronları ise çekirdeğe çok sıkı bağlıdırlar. Termik enerji verilirse, elektronun yörüngesi etrafında titreşimi artırır. Genellile atomlarda, ilk tabak hariç, her yörünge iki alt guruptan oluşur ve bunlardan altta olanı iki elektronla doludur.

Elektron, yörüngesini muhafaza ettiği müddetçe ne enerji yayar, nede absorblar. Bir elektron uyarımla, atom terk edecek enerji kazanıp ayrılabilir. Atom (+) iyon şekline geçer.

İzoleli Atomda (gazlarda) Elektronlar; belirli bir enerji bandını işgal ederler. Bir kristalin atomları, kristal içinde muntazam diziler halinde yer alırlar. Atomlar, birbirlerine çok yakındırlar ve elektronlar, birbirine yakın enerjileri temsil eden enerji bandları üzerinde bulunurlar.

Örneğin; bir germanyum atomunda, tek bir atom ele alınırsa atom temel haldedir. Mutlak O sıcaklıkta, elektron minimum enerji seviyesine sahiptir.

Germanyum kristalinde ise, mutlak O sıcaklıkta, temel seviyenin yerini balans banda alır. Bundan sonra, hiçbir elektronun bulunmadığı yasak bölge ve sonra da yüksek enerjili iletkenlik bandı bulunur. Bu sıcaklıkta Ge kristalinde iletkenlik bandında hiçbir elektron bulunmaz, yani kristal ideal bir yalıtkandır.

Ge kristallerinin iletkenlik kazanabilmesi için, iletkenlik seviyesine elektron temin edilmektedir. Bunu için gerekli  enerji 0,7 ev civarındadır. Fotoelektrik olay için E_g, kristalin soğurabileceği minimum enerjisini gösterir.

Buna karşın, bir metalik kristalde yasak band yoktur, iletkenliği temin edecek, iletkenlik bandında çok sayıda elektron bulunur.

Elmas için E=7 ev'luk enerji ile elektron yasak bandı geçilebilir. Bunu için malzemeye büyük elektrik voltajı uygulanması gerekir. Bu ise malzemeyi tahrip eder.

Yarıiletkenlerde, yasak bandı geçmek için( l ev) yeterlidir. Oda sıcaklığında kristal atomlarından birkaç tanesinin atomları, iletkenlik bandına geçer ve iletkenliği sağlar. Geride bıraktığı boşluğa da başka bir elektron gelir oda" iletkenliğe katılmış olur. Bir kristal, ortak elektronla birbirine bağlı atomların düzgün olarak yerleşimi ile meydana gelmiştir. İyonik bağdan farklı olan bu birleşmeye kovalet bağ denir. Valans elektronlar, kovalet içinde, bir atomdakinden daha düşük enerji seviyesindedir. Kristali bozmak için,bu enerji farkı kadar enerji gerekir. Bu kristalin kararlılığını gösterir.

a) N TİPİ YARI İLETKEN:

İletkenlik tipini değiştirmek için Si ve Ge içine, periyodik cetvelin 3 ve 5. grup elementleri ilave edilir. Bunlar boş valans elektronu bulundururlar ergimiş halde bulunan germenyum'a arsenik ilave edilirse, her arsenik atomu, bir Ge atomu yerin alacak ve 4 elektronuyla kovalet bağ teşkil edilecek, 5 valans elektronu serbest kalıp iletkenliği temin edecektir. İletkenlik (-) yükle ile temin edildiği için N tipi yan iletken ismini alır. Bu elektronlar, oda sıcaklığında, iletkenlik bandına ulaşır.

 b) P TİPİ YARI İLETKEN:

Egimiş germanyumu 3. gurupta 3 valans elektronu bulunduran elemanlar ilave edilerek yapılar, (indium, galyum...), katılaşma sırasında indium atomları kristal örgü içinde germanyum atomunun yerini alır. Kovalet bağ için 3 elektron mevcuttur ve komşu atomdan bir elektron koparak bağ oluşturur. Komşu atomda bir boşluk oluşmuştur. Bu ise elektron hareketine sebep olur. Bir yan iletkenin kullanıla bilme maksimum sıcaklığı, aktivasyon enerjisi ile artar. Kullanılabilme maksimum frekansı, yük taşıyıcıların hareketi ile artar.