نحوه تولیدبرق توسط سلولهای خورشیدی

هر سلول خورشیدی از یک کریستال سیلیکونی تشکیل شده است در واقع یک شبکه کوالانسی از اتم­های سیلیکون می­باشد، چنانچه سیلیکون خالص باشد هر اتم سیلیکون با به اشتراک گذاشتن الکترون­های لایه ظرفیت با اتم کناری تشکیل یک شبکه کوالانسی می­دهند در این حالت چنانچه این الکترون­ها انرژی جذب نمایند و این انرژی از انرژی پیوندی بیشتر باشد این پیوندها شکسته و این الکترون­ها می­توانند به صورت آزاد در این شبکه حرکت کنند، به این هدایت، هدایت درونی و یا ذاتی گفته می­شود و در مجموع صفر خواهد بود. شکل زیر این موضوع را نشان می­دهد.

به منظور تولید جریان از یک اتم ناخالصی استفاده می­نمایند که این اتم ناخالصی می­تواند دارای الکترون اضافی در لایه ظرفیت و یا کمتر نسبت به سیلیکون باشد. چنانچه اتم اضافه­شده دارای الکترون بیشتری باشد مانند فسفر، این اتم 4 الکترون خود را با سیلیکون به اشتراک گذاشته و الکترون اضافی می­تواند با دریافت مقداری انرژی به صورت آزادانه حرکت کنند.

در مواردی که از اتمی با 3 الکترون در لایه ظرفیت استفاده شده است، یک حفره در واقع به وجود می­آید و حال این حفره با الکترون اتم­های سیلیکون مجاور پر می­شود و لذا یک حفره جدید در جایی دیگر تولید می­شود. شکل زیر این امر را نشان می­دهد.

حال فرض کنید که یک لایه n و یک لایه p در کنار هم قرار گیرند در این حالت الکترون­های ناحیه nتمایل دارند تا با حفره­های ناحیه p ترکیب شوند و همین امر منجر به آن خواهد شد که در مرز تماس بین این دو لایه یک ناحیه خنثی ایجاد شود. در این ناحیه خنثی با توجه به شکل زیر یک میدان الکتریکی تولید می­شود.

این میدان الکتریکی همانند سدی در مقابل حرکت الکترون­ها بوده و مانع از ایجاد جریان الکتریکی خواهد شد. حال اگر چنانچه نور به سطح این دو لایه بتابد الکترون­ها با جذب انرژی از پیوندها شکسته شده و چنانجه انرژی دریافتی بیش از نیروی وارده از طرف میدان ناحیه خنثی باشد جریان الکتریکی به وجود خواهدآمد.