تفاعل الذرات مع الفوتونات
الموضوع:
تفاعل الذرات مع الفوتونات: فقط عندما تتوافق طاقات الفوتونات مع الانتقالات بين مستويات الطاقة المسموح بها في الذرة يتم انبعاثها.
امتصاص الفوتونات: تمتص الذرات الفوتونات بطريقة مماثلة. إذا كان لدى الفوتون الواقع طاقة تتناسب مع انتقال بين مستويات طاقة في الذرة، يمكن امتصاص الفوتون لتعزيز إلكترون إلى مستوى طاقة أعلى.
تفاعل المواد الصلبة مع الضوء: تتعلق الطريقة التي تتفاعل بها الصلبة (والشبه موصلات على وجه الخصوص) مع الضوء بكيفية تفاعل الذرات مع الضوء.
خصائص مادة ذات فجوة طاقة 2 eV: أطول طول موجي للفوتون الذي يمكن أن تمتصه مادة بفجوة طاقة 2 eV هو 620 نانومتر.
استرخاء الإلكترونات والفجوات: بعد امتصاص الفوتون، تتحرك الإلكترونات والفجوات نحو حواف نطاقها الخاصة.
جمع الطاقة من الإلكترونات: التقاط طاقة الإلكترون المثار قبل إعادة الاتحاد مع الفجوة أمر ضروري لتعظيم كفاءة الخلية الشمسية.
الكترونات والفجوات تسعى لأقل وأعلى مستوى للطاقة على التوالي
تشبه الإلكترونات والفجوات إلى حد ما الأجسام التي تسقط بسبب الجاذبية، حيث تتحرك بشكل طبيعي نحو حالات طاقة أقل وأعلى على التوالي.
عملية الاسترخاء
بعد أن يقوم الفوتون بتحفيز إلكترون، مما يخلق زوجًا إلكترون-فجوة، يتحرك كل من الإلكترون والفجوة باتجاه حواف النطاق الخاصة بهم (حافة نطاق التوصيل وحافة نطاق التكافؤ على التوالي).
حفظ الطاقة
تتحول الطاقة التي يفقدها الإلكترون والفجوة أثناء الاسترخاء إلى حرارة داخل المادة.
تأثير على جمع الطاقة
فقط الطاقة المتبقية في الإلكترون المثير بعد الاسترخاء يمكن استخدامها لتوليد الكهرباء. يقلل فقد الحرارة من الكفاءة العامة للعملية.
أهمية جمع الإلكترونات
يعد التقاط طاقة الإلكترون المثار قبل إعادة الاتحاد مع الفجوة أمرًا ضروريًا لتعظيم كفاءة الخلية الشمسية.
خاتمة الدرس
توصف عملية استرخاء الإلكترونات والفجوات بأنها حركة كل منهما باتجاه حافة النطاق الخاص به بعد امتصاص الفوتون. يؤدي فقدان بعض الطاقة أثناء الاسترخاء إلى الحرارة، مما يقلل من كمية الطاقة الكهربائية التي يمكن جمعها. إن جمع الإلكترونات قبل أن تعود إلى نطاق التكافؤ أمر مهم لتعظيم كفاءة الخلية الشمسية. الدرس التالي سوف يستكشف ماذا يحدث إذا لم نتمكن من جمع الإلكترونات في الوقت المناسب.
