エネルギー研究所ー新たなエネルギーとは

pn接合に光を当てる

pn接合に光を当てる

光起電力効果で生じた自由電子と正孔が内部電界の力で一定方向に整流され、電流が生じます。

今回は、pn接合と光発電についてみていきましょう。

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pn接合に光を当てる

pn接合部に光が当たると、光起電力効果により伝導帯に自由電子が、価電子帯に正孔が生じます。

自由電子はより低いエネルギーレベルのn型半導体側に、正孔はより高いエネルギーレベルのp型半導体側に移動します。

光を当て続けると、n型半導体側には自由電子がたまり、p型半導体側に正孔がたまって、両者のフェルミ準位に差が生じます。
これが負極と正極の電位差になります。

 

エネルギーギャップ

フェルミ準位が禁止帯にあって,充満帯と完全に空のエネルギー帯。

この場合とくに空帯ともいう)がエネルギーギャップ(禁止帯の幅のことでバンドギャップともいう)によって隔てられている場合、熱的にあるいは光の吸収などによって充満帯の電子が上の空帯に励起されないかぎり電流は流れないので絶縁体(エネルギーギャップが小さい場合は半導体)になる。

しかし,フェルミ準位がエネルギー帯(伝導帯)の中にある場合には、電子は任意の電場によってより高いエネルギー準位に連続的に加速されて電流を生ずるので導体(金属)になります。

分子・原子・原子核などの量子力学的な系が外部からエネルギーを得て、初めより高いエネルギーをもつ定常状態(励起状態)に移ることを励起と呼びます。

 

 

開放電圧とは

開放電圧とは、出力端子に何も接続していない場合の出力端子の電圧のこと。

太陽光パネルの開放電圧は、その太陽光パネルが生じさせうる電圧の最大値を示す目安となります。

 

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pn接合と電流

pn接合したn型半導体とp型半導体を導線で結ぶと、伝導帯の自由電子は、より低いエネルギーレベルである価電子帯にあいた正孔の穴に向かって流れていきます。

pn接合部に光を当て続けると、自由電子と正孔が生じ続けるので、n型側からp型側に向かって電子が流れ続け電流が生じます。

 

 

まとめ

 

人類が抱えているエネルギー問題、

現在の暮らしを見つめなおして、

未来の暮らしを考えてみましょう。

それでは、最後まで読んでくださって

どうもありがとうございました!^^

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してくださると幸いです◎




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