Wie vertreibt ein Photon die Elektronen in einer Solarzelle?

Wir wissen, dass Solarzellen funktionieren, wenn ein Photon auf den n-Typ trifft. Die Energie des Photons treibt die Elektronen im n-Typ frei, um einen Strom zu erzeugen. Aber wir wissen auch, dass, wenn ein Photon auf die Atome trifft, die Elektronen angeregt werden. Warum also regt das Photon das Elektron nicht an und treibt das Elektron aus?

ODER ist es so, dass das Photon in Solarzellen dem Elektron so viel Energie gibt, dass es, wenn es in einen höheren Energiezustand übergeht und die Hülle wechselt, aus den Atomhüllen herauskommt und ein freier Elektronenträger wird?

Danke,
Bhavesh

Das ist kompliziert. Sie müssen die Bandstruktur von Halbleitern und dann die Physik von Halbleitergeräten verstehen, um eine vollständige Antwort zu erhalten. Sie können den Betrieb einer Solarzelle jedoch auch rein thermodynamisch beschreiben, aber da Sie nach der tatsächlichen Mechanik fragen, glaube ich nicht, dass Sie dies wollen. Ich würde vorschlagen, Jenny Nelsons oder Peter Würfels Solarzellenbücher zu lesen. Es ist zu viel, um es in einer einzigen Antwort abzudecken.
@boyfarrell danke für deinen Vorschlag, ich werde deinen Rat sicher annehmen. :)
Ist Ihre Frage, warum das angeregte Elektron nicht mehr an das Atom gebunden ist? In diesem Fall halte ich Ihre zweite Aussage für mehr oder weniger richtig; Das Photon gibt genug Energie ab, um das Elektron aus der Lokalisierung an einem Atom zu befreien.

Antworten (1)

Ich denke, eine einfache Ansicht ist diese:

Die Solarzelle muss einen PN-Übergang haben, der ein Übergang zwischen Materialien vom p-Typ (viele Löcher, keine Elektronen) und vom n-Typ (viele Elektronen, keine Löcher) ist. Genau dort, wo sie sich treffen, gibt es tatsächlich eine "Verarmungsbreite", innerhalb der es kaum etwas von beidem gibt. Innerhalb dieser Region erzeugen Photonen beim Eintreffen Elektron-Loch-Paare, was eigentlich nur bedeutet, dass ein Elektron vom Valenz- zum Leitungsband angeregt wurde und ein Loch zurücklässt. Das Elektron wird dann durch das "eingebaute" elektrische Feld zurück auf die n-Seite geschoben, während das Loch auf die p-Seite geschoben wird. Stellen Sie sich das in Bezug auf Energie vor: Beide enden dort, wo ihre Energie niedriger ist, sodass Elektronen das Material vom n-Typ bevorzugen, während Löcher das Material vom p-Typ bevorzugen. Ein gewisses Verständnis der Dotierung von Halbleitern und der Fermi-Statistik hilft sehr, dies zu verstehen.

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