I – bob. Quyosh elementlari va batareyalarining fizikaviy asoslari

energiyaga aylantirishda foydali ish koeffitsiyenti eng katta bo„lgan qurilma
yarimo„tkazgichli quyosh batareyasi bo„lib hisoblanadi [2].
Quyosh elementlari yorug„lik energiyasini elektr energiyaga aylantirib
beradi. Quyosh elementlari to„plami esa Quyosh batareyasini hosil qiladi (1.1.1 –
rasm).
Xo„sh, Quyosh elementi qanday tuzilgan?
Yarimo„tkazgichning elektr o„tkazuvchanligiga begona ta‟sirini eng ko„p
qo„llaniladigan,
hamda
sodda
yarimo„tkazgich
hisoblangan
kremniy
yarimo„tkazgich materiali misolida ko„raylik.
Hozirgi davrda ishlab chiqarilayotgan va inson ehtiyoji uchun elektr manbai
sifatida qo„llanilayotgan Quyosh elementlarining aksariyati kremniy (
Si)
materialidan tayyorlanmoqda. Bunga asosiy sabab, hozirgi zamon xalq xo„jaligi
ehtiyoji uchun ko„p qo„llaniladigan mikroelektron
asboblarning asosi
kremniyligidir. Ikkinchidan, kremniy elementar yarimo„tkazgich material bo„lib, u
yer tarkibining 30 % ga yaqinini tashkil qilishi, hamda texnologiyasining
rivojlanganligidadir [7].
Bizga ma‟lumki, sof holatdagi yarimo„tkazgichlar elektr tokini deyarli
o„tkazmaydi. Bunga xususiy o„tkazuvchanlik deyiladi. Xususiy o„tkazuvchanlikda
elektr tokini teng miqdordagi elektronlar va kovaklar tashiydi. Lekin unda juda oz
miqdorda
aralashma
kiritilsa
yarimo„tkazgich
materialning
elektr
o„tkazuvchanligini keskin o„zgartirib yuboradi. Sof kremniy kristallidagi har bir
atom to„rttadan qo„shni atomlari bilan tashqi valent elektronlari yordamida
kovalent yoki atomar bog„lanish hosil qilib birikadi. Buni 1.1.2 – rasmda
keltirilgan sodda chizma yordamida tasavvur qilish mumkin. Bunda har bir
kremniy atomi o„zlarining elektronga bo„lgan ehtiyojlarini (elektromanfiylik yoki
elektronga moyilliklarini) qo„shni atomlar hisobiga qondiradi.
Tugunlar orasidagi
fazoda birorta ham erkin zaryad tashuvchi (elektron yoki kovak) yo„q. [1]
Aytaylik, kremniy kristaliga, ma‟lum bir konsentratsiyada begona kirishma
sifatida, Mendeleyev davriy sistemasining III guruh elementlaridan biri, masalan,
galliy kiritilgan deylik. Galliy 3 valentli atom bo„lgani sababli uning tashqi, valent,
elektron qobig„ida 3 ta elektroni mavjud. Demak, kremniy atomlaridan birining
o„rnini egallagan galliy atomi qo„shni kremniy atomlari bilan kovalent
bog„lanishda faqat uchta elektron bilangina ishtirok qila oladi.
Kovalent
bog„lanishda galliy atomida bitta elektron o„rni egallanmay, bo„sh qoladi. Bu bo„sh
o„ringa (kovakka), yuqorida ko„rganimizdek qo„shni atom elektronlari ko„chib
o„tishi mumkin. Lekin, qiziq tomoni shundaki, bu bo„sh o„ringa kremniy
atomlariga tegishli valent elektronlardan birortasi o„tishi uchun ma‟lum bir
darajada energiya sarflanishi kerak
(E
a
).
Shuni ta‟kidlash lozimki, bunda sarflanadigan energiya miqdori kremniy
atomi birorta valent
elektronini tugunlararo fazoga, ya‟ni erkin holatga o„tkazish
uchun sarflanadigan energiya miqdoridan
(∆E) ancha kichik bo„ladi:
E
a
<< ∆E.
Shunday qilib, ma‟lum bir
(E
a
) energiya sarflab galliy atomidagi bo„sh o„rinni
egallagan kremniy atomiga tegishli valent elektron o„rniga endi qo„shni kremniy
atomi elektronlari hech qanday energiya sarflamasdan o„taverishlari mumkin.
Demak, kremniy yarimo„tkazgichiga oz miqdorda galliy kirishmasini kiritish bilan
unda kovaklar soni muvozanatli holatdagiga nisbatan oshadi va yarimo„tkazgichda
asosiy tok tashuvchilar rolini kovaklar bajaradigan bo„ladi. Bunday
o„tkazuvchanlik
kovakli o„tkazuvchanlik yoki
positive “p” tipli o„tkazuvchanlik
deyiladi. Bunda kovaklar sonini ko„payishiga
olib kelgan begona kirishma
“akseptor” deyiladi. [2]
Endi, aytaylik, shunday kremniy yarimo„tkazgichiga Mendeleyev davriy
sistemasining V guruh elementi, masalan, fosfor (P) oz miqdorda kiritildi deylik.
Fosfor 5 valentli element, ya‟ni uning tashqi valent elektron qobig„ida 5 ta elektron
mavjud. Kremniy kristall tugunchalarining biriga joylashgan fosfor atomi qo„shni
4 ta kremniy atomlari bilan kovalent bog„lanish hosil qilishda o„zining 5 ta
elektroni bilan ishtirok qiladi.
Tabiiyki, fosfor atomining bitta elektroni bilan
kovalent bog„da ishtirok qila olmay, fosfor atomiga uning boshqa elektronlariga
nisbatan ancha zaifroq bog„langan holda qoladi. Bunday
elektronga ancha kichik
miqdordagi energiya berilishi bilan u “erkin” elektron holatiga o„tadi. Kremniy
atomidagi valent elektronlarni “erkin” holatga o„tkazish uchun esa ancha katta
(∆E
≈ 1 eV) energiya berilishi kerak edi. Bunday elektronni «osongina» erkin
elektronlar qatoriga beruvchi atom (ko„rilayotgan holda kremniyda fosfor atomi)