சூரியக் கலக் கோட்பாடு

சூரியக் கலக் கோட்பாடு (Theory of solar cells)  தகுந்த அரைக்கடத்திக் கருவியை ஒளியன்கள் தாக்கும்போது அவை மின்னோட்டமாக மாறும் இயற்பியல், வேதியியல் நிகழ்வுகளை விளக்குகிறது. இந்தக் கோட்பாட்டு ஆய்வுகள் சூரியக் கலத்தின் அடிப்படை வரம்புகளை முன்கணிக்க உதவுவதால் நடைமுறைப் பயன்பாட்டில் அவை தக்க வழிகாட்டிகளாக சூரியக் கலத்தின் இழப்பையும் திறமையையும் சார்ந்த நிகழ்வைப் புரிந்துகொள்ள உதவுகின்றன.

எளிய விளக்கங்கள்

 சூரிய ஒலியின் ஒளியன்கள் சூரியப் பலகத்தை தாக்கும்போது அவை அரைக்கட்த்திப்பொருள்களால் உறிஞ்சப்படுகின்றன.
 அப்பொது அணுக்கள் கிளர்ந்து மின்னன்கள் எனும் எதிர்மின்னூட்டத் துகள்களை அவற்றில் இருந்து விடுபடச் செய்து வெளியேற்றுகின்றன. சூரியக் கலங்களின் சிறப்பு வேதியியல் உள்ளியைபால் மின்னன்கள் ஒரே திசையில் நகரவிடுகின்றன. வேதிப் பிணைப்புகள் இந்நிகழ்வு செயல்பட முதன்மையானவை என்பதால், வழக்கமாக, மணலகம் (சிலிக்கான்), போரானுடனோ அவிர்வத்துடனோ (பாசுபரத்துடனோ) பிணைத்து வெவ்வேறு அடுக்குகளாகச் செய்யப்படுகிறது.
 சூரியக் கலங்களின் அணி சூரிய ஆற்றலை பயனுள்ள நேமி மின்சாரமாக மாற்றுகிறது.

மின்னூட்ட ஊர்திகளை ஒளியால் உருவாக்கல்

மணலகச் (சிலிக்கான்) சீவலை ஒளியன் தாக்கும்போது, கீழ்வரும் மூன்றில் ஒரு நிகழ்வு ஏற்படும்.
 ஒளியன் நேராக மணலகத்தை ஊடுருவிச் செல்ல்லாம். இது பொதுவாக ஆற்றல் குறைந்த ஒளியன்களுக்கு நேரும்.
 ஒளியன் மேற்பரப்பில் பட்டுத் தெறிக்கலாம் அல்லது எதிர்திரும்பலாம்.
 ஒளியனின் ஆற்றல் மணலகப் பட்டைச் சந்து ஆற்றலைவிட கூடுதலாக இருந்தால் ஒளியன் மணலகத்தால் உறிஞ்சப்படலாம். இது மின்னன்-துளை இணையை உருவாக்கும். சிலவேளைகளில் பட்டையின் கட்டமைப்பைப் பொறுத்து வெப்பத்தையும் உண்டாக்கலாம்.

ஒளியன் உறிஞ்சப்பட்டால், அது அணுச் சட்டக்கோப்பில் உள்ள மின்னனுக்கு ஆற்றலைத் தருகிறது. வழக்கமாக இந்த மின்னன் அருகுள்ள அணுக்களுடன்  இணைவுப் பட்டைகளில் இணைவலுப் பிணைப்புகளால் இறுக்கமாகப் பிணைந்திருக்கும். எனவே தொலைவாக நகர முடியாமல் இருக்கும். இதற்கு தந்துள்ள ஆற்றல் அதைக் கிளரச் செய்து கடத்தல் பட்டைக்குச் செலுத்தும். எனவே இது இப்போது அரைக்கடத்தியில் விடுபட்டு இயங்கும் வல்லமை பெறுகிறது. இப்பொது இணைவலுப் பிணைப்பில் குறைந்த மின்னன்களே அமையும். இந்நிலை துளை எனப்படுகிறது. இணைவலுப் பிணைப்பில் உள்ள இந்த்த் துளை அருகில் உள்ள அணுவின் மின்னனை உள்ளே நுழையவிடும்,. இதனால் மற்றொரு துளை உருவாகும். இப்படியே இந்தத் துளை சட்டக்கோப்பில் தொடர்ந்துப் பரவிச் செல்லும். எனவே உறிஞ்சிய ஒளியன்கள் அரைக்கடத்தியில் மின்னன்-துளைகளை உருவாக்குவதாகக் கூறப்படுகிறது. இணைவுப் பட்டையில் இருந்து மின்னனைக் கிளர்த்திக் கடத்தல் பட்டைக்குச் செலுத்த ஒளியன்களின் ஆற்றல் மட்டம் அணுவின் பட்டைச் சந்தைவிடக் கூடுதலாக அமையவேண்டும். என்றாலும் சூரியக் கதிநிரலின் அலைவெண் 5800 வில் தோராயமாக்க் கரும்பொருள் கதிர்நிரலாக உள்ளதால், புவியை அடையும் சூரியக் கதிர்வீச்சில் மணலகப் பட்டையின் ஆற்றலைவிட ஆற்றல் மிகுந்த ஒளியன்கள் உள்ளது. இந்த உயராற்றல் ஒளியன்கள் சூரியக் கலங்களால் உறிஞ்சப்படுகின்றன. ஆனால் ஒலியன்களுக்கும் மணலகப் பட்டைக்கும் இடையில் உள்ள ஆற்றல் வேறுபாடு பயனுள்ல மின் ஆற்றலாக மாறாமல், சட்டக்கோப்பு அதிர்வுகளால் வெப்பமாக மாற்றப்படும். இந்தச் சட்டக்கோப்பு அதிர்வுகள் ஒலியன்கள் (phonons) எனப்படுகின்றன.  ஒரே அணுவால் இரு ஒளியன்கள் உறிஞ்சப்பட்டால், இரட்டை ஒளிமின் விளைவு ஏற்படும். என்றாலும், இவ்வகை நேரியல்பிலா நிகழ்வுக்கு உயரொளியியல் செறிவு தேவைப்படும்.

மின்னூட்ட ஊர்தி பிரிதல்

சூரியக் கலங்களில் இருவகை மின்னூட்ட ஊர்திப் பிரிதல் முறைமைகள் உள்ளன:

 கருவியின் குறுக்கே உள்ள மின்புலத்தால் செலுத்தப்படும் ஊர்திகளின் நகர்வு (drift)
 சமவாய்ப்பு அல்லது தற்போக்கு வெப்பத்தால் நிகழும் ஊர்திகளின்  விரவல் (diffusion) . இந்நிகழ்வு விளிம்பின் செயல்முனைவான பகுதியில் அமையும் மின்புலத்தால் இவை பிடிக்கப்படும் வரை நிகழும்.

மேற்கோள்கள்

வெளி இணைப்புகள்
 PV Lighthouse Equivalent Circuit Calculator
 

சூரியக் கலங்கள்
மின்னணுவியல்
இயற்பியல் வேதியியல்