ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం మరియు దాని రకాలు

మొట్టమొదటిసారిగా, ఫోటోవోల్టాయిక్ (లేదా ఫోటోవోల్టాయిక్) ప్రభావం అని పిలవబడేది 1839లో ఫ్రెంచ్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త అలెగ్జాండర్ ఎడ్మండ్ బెక్వెరెల్ చేత గమనించబడింది.

తన తండ్రి ప్రయోగశాలలో ప్రయోగాలు చేస్తూ, ఒక విద్యుద్విశ్లేషణ ద్రావణంలో ముంచిన ప్లాటినం ప్లేట్‌లను ప్రకాశింపజేయడం ద్వారా, ప్లేట్‌లకు అనుసంధానించబడిన గాల్వనోమీటర్ ఉనికిని సూచిస్తుందని కనుగొన్నాడు. విద్యుచ్ఛాలక బలం… వెంటనే పంతొమ్మిది ఏళ్ల ఎడ్మండ్ తన ఆవిష్కరణ కోసం ఉపయోగకరమైన అప్లికేషన్‌ను కనుగొన్నాడు - అతను ఆక్టినోగ్రాఫ్‌ను సృష్టించాడు - సంఘటన కాంతి యొక్క తీవ్రతను రికార్డ్ చేయడానికి ఒక పరికరం.

నేడు, ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావాలు ఒక క్లోజ్డ్ సర్క్యూట్‌లో విద్యుత్ ప్రవాహం యొక్క రూపానికి సంబంధించిన మొత్తం దృగ్విషయాల సమూహాన్ని కలిగి ఉంటాయి, ఇందులో ప్రకాశవంతమైన సెమీకండక్టర్ లేదా విద్యుద్వాహక నమూనా లేదా ప్రకాశించే నమూనాపై EMF దృగ్విషయం ఉంటాయి. బాహ్య సర్క్యూట్ తెరిచి ఉంది. ఈ సందర్భంలో, రెండు రకాల కాంతివిపీడన ప్రభావాలు ప్రత్యేకించబడ్డాయి.

మొదటి రకం ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావాలు: అధిక విద్యుత్ ఫోటో-EMF, వాల్యూమ్ ఫోటో-EMF, వాల్వ్ ఫోటో-EMF, అలాగే ఫోటోఎపిజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం మరియు డెంబర్ ప్రభావం.

రెండవ రకం ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావాలు: ఫోటాన్‌ల ద్వారా ఎలక్ట్రాన్‌ల ప్రవేశ ప్రభావం, అలాగే ఉపరితలం, వృత్తాకార మరియు సరళ కాంతివిపీడన ప్రభావాలు.

మొదటి మరియు రెండవ రకం యొక్క ప్రభావాలు

మొదటి రకం ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావాలు ఒక ప్రక్రియ వలన ఏర్పడతాయి, దీనిలో కాంతి ప్రభావం రెండు అక్షరాల యొక్క మొబైల్ ఎలక్ట్రిక్ ఛార్జ్ క్యారియర్‌లను ఉత్పత్తి చేస్తుంది - ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాలు, ఇది నమూనా యొక్క ప్రదేశంలో వాటి విభజనకు దారితీస్తుంది.

విభజన యొక్క అవకాశం ఈ సందర్భంలో నమూనా యొక్క అసమానత (దాని ఉపరితలం నమూనా యొక్క అసమానతగా పరిగణించబడుతుంది) లేదా కాంతి ఉపరితలం దగ్గరగా గ్రహించినప్పుడు లేదా దానిలో కొంత భాగం మాత్రమే ఉన్నప్పుడు ప్రకాశం యొక్క అసమానతతో సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. నమూనా ఉపరితలం ప్రకాశవంతంగా ఉంటుంది, కాబట్టి EMF ఎలక్ట్రాన్లపై పడే కాంతి ప్రభావంతో వాటి ఉష్ణ కదలిక వేగం పెరుగుదల కారణంగా పుడుతుంది.

రెండవ రకం యొక్క కాంతివిపీడన ప్రభావాలు కాంతి ద్వారా ఛార్జ్ క్యారియర్‌లను ఉత్తేజపరిచే ప్రాథమిక ప్రక్రియల అసమానతతో సంబంధం కలిగి ఉంటాయి, వాటి వికీర్ణం మరియు పునఃసంయోగం యొక్క అసమానత.

వ్యతిరేక ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల జతల అదనపు నిర్మాణం లేకుండా ఈ రకమైన ప్రభావాలు కనిపిస్తాయి, అవి ఇంటర్‌బ్యాండ్ పరివర్తనాల వల్ల సంభవిస్తాయి లేదా మలినాలతో ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల ఉత్తేజితానికి సంబంధించినవి కావచ్చు, అదనంగా, అవి కాంతి శక్తిని గ్రహించడం వల్ల సంభవించవచ్చు. ఉచిత ఛార్జ్ క్యారియర్లు.

తరువాత, ఫోటోవోల్టాయిక్ ఎఫెక్ట్స్ యొక్క మెకానిజమ్‌లను చూద్దాం. మేము మొదట మొదటి రకం యొక్క ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావాలను పరిశీలిస్తాము, ఆపై రెండవ రకం ప్రభావాలకు మా దృష్టిని మరల్చండి.

మందపాటి ప్రభావం

నమూనా యొక్క ఏకరీతి వెలుతురులో డెంబర్ ప్రభావం సంభవించవచ్చు, కేవలం దాని వ్యతిరేక వైపులా ఉపరితల పునఃసంయోగ రేట్లలో వ్యత్యాసం కారణంగా. నమూనా యొక్క అసమాన ప్రకాశంతో, ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాల వ్యాప్తి గుణకాలలో (చలనశీలతలో వ్యత్యాసం) వ్యత్యాసం కారణంగా డెంబర్ ప్రభావం ఏర్పడుతుంది.

పల్సెడ్ ఇల్యూమినేషన్ ద్వారా ప్రారంభించబడిన డెంబర్ ప్రభావం, టెరాహెర్ట్జ్ పరిధిలో రేడియేషన్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. InSb మరియు InAs వంటి అధిక-ఎలక్ట్రాన్-మొబిలిటీ, ఇరుకైన-గ్యాప్ సెమీకండక్టర్లలో డెంబర్ ప్రభావం ఎక్కువగా కనిపిస్తుంది.[banner_adsense]

అవరోధం ఫోటో-EMF

గేట్ లేదా అవరోధం ఫోటో-EMF ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాలను విద్యుత్ క్షేత్రం ద్వారా వేరు చేయడం వలన ఏర్పడుతుంది షాట్కీ అవరోధం మెటల్-సెమీకండక్టర్ పరిచయం విషయంలో, అలాగే ఫీల్డ్ p-n-జంక్షన్ లేదా హెటెరోజంక్షన్.

pn-జంక్షన్ ప్రాంతంలో నేరుగా ఉత్పత్తి చేయబడిన రెండు ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల కదలిక ద్వారా ఇక్కడ కరెంట్ ఏర్పడుతుంది మరియు ఎలక్ట్రోడ్‌కు దగ్గరగా ఉన్న ప్రాంతాలలో ఉత్తేజితమై మరియు వ్యాప్తి ద్వారా బలమైన క్షేత్రం యొక్క ప్రాంతానికి చేరుకునే క్యారియర్లు.

జత విభజన p ప్రాంతంలో రంధ్రం ప్రవాహాన్ని మరియు n ప్రాంతంలో ఎలక్ట్రాన్ ప్రవాహాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. సర్క్యూట్ తెరిచి ఉంటే, అప్పుడు EMF p-n జంక్షన్ కోసం ప్రత్యక్ష దిశలో పనిచేస్తుంది, కాబట్టి దాని చర్య అసలు దృగ్విషయానికి భర్తీ చేస్తుంది.

ఈ ప్రభావం పనితీరుకు ఆధారం సౌర ఘటాలు మరియు తక్కువ ప్రతిస్పందనతో అత్యంత సున్నితమైన రేడియేషన్ డిటెక్టర్లు.

వాల్యూమెట్రిక్ ఫోటో-EMF

బల్క్ ఫోటో-EMF, దాని పేరు సూచించినట్లుగా, డోపాంట్ యొక్క ఏకాగ్రతలో మార్పు లేదా రసాయన కూర్పులో మార్పుతో సంబంధం ఉన్న అసమానతల వద్ద నమూనాలో ఎక్కువ భాగం ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల జతలను వేరు చేయడం వలన ఉత్పన్నమవుతుంది (ఉంటే సెమీకండక్టర్ సమ్మేళనం).

ఇక్కడ, జంటల విభజనకు కారణం అని పిలవబడేది ఫెర్మి స్థాయి స్థానంలో మార్పు ద్వారా సృష్టించబడిన కౌంటర్ ఎలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్, ఇది అశుద్ధత ఏకాగ్రతపై ఆధారపడి ఉంటుంది. లేదా, మేము సంక్లిష్ట రసాయన కూర్పుతో సెమీకండక్టర్ గురించి మాట్లాడుతున్నట్లయితే, బ్యాండ్ వెడల్పులో మార్పు కారణంగా జతల విభజన ఏర్పడుతుంది.

బల్క్ ఫోటోఎలెక్ట్రిక్స్ యొక్క ప్రదర్శన యొక్క దృగ్విషయం వాటి సజాతీయత స్థాయిని నిర్ణయించడానికి సెమీకండక్టర్ల పరిశీలనకు వర్తిస్తుంది. నమూనా నిరోధకత కూడా అసమానతలకు సంబంధించినది.

హై వోల్టేజ్ ఫోటో-EMF

అసాధారణమైన (అధిక వోల్టేజ్) ఫోటో-EMF నాన్-యూనిఫాం ప్రకాశం నమూనా యొక్క ఉపరితలం వెంట విద్యుత్ క్షేత్రానికి కారణమైనప్పుడు సంభవిస్తుంది. ఫలితంగా వచ్చే EMF పరిమాణం ప్రకాశించే ప్రాంతం యొక్క పొడవుకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది మరియు 1000 వోల్ట్‌లు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ చేరుకోవచ్చు.

డిఫ్యూజ్ కరెంట్‌లో ఉపరితల-నిర్దేశిత భాగం ఉన్నట్లయితే, లేదా ఉపరితలంపై ప్రొజెక్ట్ చేసే p-n-p-n-p నిర్మాణం ఏర్పడటం ద్వారా డెంబర్ ప్రభావం వల్ల మెకానిజం ఏర్పడుతుంది. ఫలితంగా అధిక-వోల్టేజ్ EMF అనేది అసమాన n-p మరియు p-n జంక్షన్‌ల యొక్క ప్రతి జత యొక్క మొత్తం EMF.

ఫోటోపిజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం

ఫోటోఎపిజోఎలెక్ట్రిక్ ఎఫెక్ట్ అనేది నమూనా యొక్క వైకల్యం సమయంలో ఫోటోకరెంట్ లేదా ఫోటోఎమ్ఎఫ్ యొక్క ప్రదర్శన యొక్క దృగ్విషయం. దాని యంత్రాంగాలలో ఒకటి అసమాన వైకల్యం సమయంలో బల్క్ EMF రూపాన్ని కలిగి ఉంటుంది, ఇది సెమీకండక్టర్ యొక్క పారామితులలో మార్పుకు దారితీస్తుంది.

ఫోటోఎపిసోఎలెక్ట్రిక్ EMF యొక్క రూపానికి మరొక మెకానిజం విలోమ డెంబర్ EMF, ఇది యూనియాక్సియల్ డిఫార్మేషన్ కింద సంభవిస్తుంది, ఇది ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల వ్యాప్తి గుణకం యొక్క అనిసోట్రోపికి కారణమవుతుంది.

తరువాతి మెకానిజం మల్టీవాలీ సెమీకండక్టర్ వైకల్యాల్లో అత్యంత ప్రభావవంతంగా ఉంటుంది, ఇది లోయల మధ్య క్యారియర్‌ల పునఃపంపిణీకి దారి తీస్తుంది.

మేము మొదటి రకం యొక్క అన్ని ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావాలను చూశాము, తరువాత రెండవ రకానికి ఆపాదించబడిన ప్రభావాలను పరిశీలిస్తాము.

ఫోటాన్ల ద్వారా ఎలక్ట్రాన్ ఆకర్షణ ప్రభావం

ఈ ప్రభావం ఫోటాన్ల నుండి పొందిన మొమెంటం మీద ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ల పంపిణీలో అసమానతకు సంబంధించినది. ఆప్టికల్ మినీబ్యాండ్ పరివర్తనలతో ద్విమితీయ నిర్మాణాలలో, స్లైడింగ్ ఫోటోకరెంట్ ప్రధానంగా నిర్దిష్ట మొమెంటం దిశతో ఎలక్ట్రాన్ పరివర్తనాల వల్ల సంభవిస్తుంది మరియు బల్క్ స్ఫటికాలలో సంబంధిత ప్రవాహాన్ని గణనీయంగా మించిపోతుంది.

లీనియర్ ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం

ఈ ప్రభావం నమూనాలో ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ల అసమాన పంపిణీ కారణంగా ఉంది. ఇక్కడ, అసమానత రెండు యంత్రాంగాల ద్వారా ఏర్పడుతుంది, వీటిలో మొదటిది బాలిస్టిక్, క్వాంటం పరివర్తన సమయంలో పల్స్ యొక్క దిశకు సంబంధించినది మరియు రెండవది కోత, సమయంలో ఎలక్ట్రాన్ల వేవ్‌ప్యాకెట్ యొక్క గురుత్వాకర్షణ కేంద్రం యొక్క మార్పు కారణంగా క్వాంటం పరివర్తనాలు.

లీనియర్ ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం ఫోటాన్‌ల నుండి ఎలక్ట్రాన్‌లకు మొమెంటం బదిలీకి సంబంధించినది కాదు, కాబట్టి, స్థిరమైన సరళ ధ్రువణతతో, కాంతి ప్రచారం యొక్క దిశను తిప్పికొట్టినప్పుడు అది మారదు.కాంతి శోషణ మరియు వికీర్ణం మరియు పునఃసంయోగ ప్రక్రియలు దోహదం చేస్తాయి ప్రస్తుత (ఈ రచనలు ఉష్ణ సమతుల్యత వద్ద భర్తీ చేయబడతాయి).

విద్యుద్వాహకానికి వర్తించే ఈ ప్రభావం, ఆప్టికల్ మెమరీ యొక్క యంత్రాంగాన్ని వర్తింపజేయడం సాధ్యం చేస్తుంది, ఎందుకంటే ఇది వక్రీభవన సూచికలో మార్పుకు దారితీస్తుంది, ఇది కాంతి యొక్క తీవ్రతపై ఆధారపడి ఉంటుంది మరియు అది ఆపివేయబడిన తర్వాత కూడా కొనసాగుతుంది.

వృత్తాకార కాంతివిపీడన ప్రభావం

గైరోట్రోపిక్ స్ఫటికాల నుండి దీర్ఘవృత్తాకార లేదా వృత్తాకార ధ్రువణ కాంతి ద్వారా ప్రకాశించినప్పుడు ప్రభావం ఏర్పడుతుంది. ధ్రువణత మారినప్పుడు EMF రివర్స్ గుర్తు. ప్రభావానికి కారణం స్పిన్ మరియు ఎలక్ట్రాన్ మొమెంటం మధ్య సంబంధంలో ఉంది, ఇది గైరోట్రోపిక్ స్ఫటికాలలో అంతర్లీనంగా ఉంటుంది. వృత్తాకార ధ్రువణ కాంతి ద్వారా ఎలక్ట్రాన్లు ఉత్తేజితం అయినప్పుడు, వాటి స్పిన్‌లు ఆప్టికల్‌గా ఉంటాయి మరియు తదనుగుణంగా దిశాత్మక కరెంట్ పల్స్ ఏర్పడుతుంది.

?

వ్యతిరేక ప్రభావం యొక్క ఉనికిని ప్రస్తుత చర్యలో ఆప్టికల్ సూచించే రూపంలో వ్యక్తీకరించబడుతుంది: ప్రసారం చేయబడిన ప్రవాహం గైరోట్రోపిక్ స్ఫటికాలలో స్పిన్‌ల విన్యాసాన్ని కలిగిస్తుంది.

చివరి మూడు ప్రభావాలు జడత్వ రిసీవర్లలో పనిచేస్తాయి. లేజర్ రేడియేషన్.

ఉపరితల ఫోటోవోల్టాయిక్ ప్రభావం

లోహాలు మరియు సెమీకండక్టర్లలో ఫ్రీ చార్జ్ క్యారియర్‌ల ద్వారా కాంతి ప్రతిబింబించినప్పుడు లేదా గ్రహించినప్పుడు, కాంతి యొక్క వాలుగా ఉండే సమయంలో ఫోటాన్‌ల నుండి ఎలక్ట్రాన్‌లకు మొమెంటం బదిలీ చేయడం వలన మరియు స్ఫటికం యొక్క ఉపరితలంపై సాధారణ తేడా ఉన్నట్లయితే సాధారణ సంఘటనల సమయంలో కూడా ఉపరితల కాంతివిపీడన ప్రభావం ఏర్పడుతుంది. ప్రధాన క్రిస్టల్ అక్షాలలో ఒకదాని నుండి దిశ.

నమూనా యొక్క ఉపరితలంపై కాంతి-ఉత్తేజిత ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల చెదరగొట్టే దృగ్విషయంలో ప్రభావం ఉంటుంది. ఇంటర్‌బ్యాండ్ శోషణ విషయంలో, ఉత్తేజిత క్యారియర్‌లలో గణనీయమైన భాగం చెదరగొట్టకుండా ఉపరితలంపైకి చేరుకునే పరిస్థితిలో ఇది సంభవిస్తుంది.

కాబట్టి ఎలక్ట్రాన్లు ఉపరితలం నుండి ప్రతిబింబించినప్పుడు, బాలిస్టిక్ కరెంట్ ఏర్పడుతుంది, ఇది ఉపరితలంపై లంబంగా ఉంటుంది. ప్రేరేపణపై, ఎలక్ట్రాన్లు తమను తాము జడత్వంలో ఏర్పాటు చేసుకుంటే, ఉపరితలం వెంట దర్శకత్వం వహించిన విద్యుత్తు కనిపించవచ్చు.

ఈ ప్రభావం సంభవించడానికి షరతు ఏమిటంటే, ఉపరితలం వెంట కదులుతున్న ఎలక్ట్రాన్ల కోసం "ఉపరితలం వైపు" మరియు "ఉపరితలం నుండి" మొమెంటం యొక్క సగటు విలువల యొక్క సున్నా కాని భాగాల సంకేతంలో వ్యత్యాసం. ఉదాహరణకు, క్యూబిక్ స్ఫటికాలలో, క్షీణించిన వాలెన్స్ బ్యాండ్ నుండి కండక్షన్ బ్యాండ్‌కు ఛార్జ్ క్యారియర్‌లను ఉత్తేజపరిచినప్పుడు పరిస్థితి నెరవేరుతుంది.

ఉపరితలం ద్వారా విస్తరించిన వికీర్ణంలో, దానిని చేరుకునే ఎలక్ట్రాన్లు ఉపరితలం వెంట మొమెంటం యొక్క భాగాన్ని కోల్పోతాయి, అయితే ఉపరితలం నుండి దూరంగా కదిలే ఎలక్ట్రాన్లు దానిని నిలుపుకుంటాయి. ఇది ఉపరితలంపై ప్రస్తుత రూపానికి దారితీస్తుంది.