Фотоэлектрический генераторЧтобы в материале возник ток, электроны должны получить некоторую дополнительную энергию, благодаря чему они занимают новые разрешенные уровни в энергетических зонах. Электроны с энергиями, соответствующими заполненной, или валентной зоне, не могут перемещаться, если им не сообщить энергию, достаточную для перехода через запрещенную зону в зону проводимости. Для преодоления запрещенной зоны электроны в таких естественных полупроводниках, как германий или кремний, должны получить энергию порядка 1 эВ. Но именно такой энергией обладают фотоны света. Такой энергии будет мало даже для использования такого оборудования, как этикетировщик, который позволяет выполнять важнейшие функции, в том числе взвешивание и нанесение этикетки. Надо заметить, что продажа пищевого оборудования в целом в последние годы пользуется большой популярностью, во многом причиной этого стала повышенное внимание к качеству переработки мяса. Принцип действия полупроводникового фотоэлектрического генератора заключается в следующем: при поглощении фотонов солнечной радиации электроны приобретают дополнительную энергию и перемещаются в зону проводимости. Энергия каждого электрона возрастает на величину, соответствующую ширине запрещенной зоны. Обычно электрон остается в этом состоянии в течении очень короткого времени. Затем он рекомбинирует с ионом, а высвобождающаяся при этом энергия идет на усиление колебаний решетки или же переизлучается. Как мы знаем, усиление колебаний ионов в кристаллической решетке твердого тела приводит к повышению его температуры. Именно этого следует избегать. В фотоэлектрическом генераторе возбужденные светом электроны проходят через полупроводниковый материал и успевают отдать избыток энергии полезной нагрузке, прежде чем израсходуют его на другие взаимодействия. Пытаясь избежать стадии превращения солнечной энергии в тепловую, мы надеемся освободиться от определенных термодинамических ограничений, но, к сожалению, природа воздвигает перед нами новые препятствия.Стандартное уравнение показывает, как изменяется (уменьшается) энергия фотонов солнечной радиации с увеличением их длины волны. Очевидно, существует такая длина волны, когда энергия фотонов оказывается недостаточной, чтобы возбужденные ими электроны могли перескочить через запрещенную зону. Например, ширина запрещенной, зоны для кремния при обычных температурах составляет около 1,1 эВ, что соответствует энергии фотона с длиной волны около 1,1 мкм. Около 20% солнечной радиации у поверхности земли на уровне моря приходится на более длинные волны, таким образом они выпадают из сферы действия устройств на основе кремния. К сожалению, и более коротковолновую радиацию также нельзя использовать полностью. Поскольку электроны перемещаются только на разрешенные уровни, то возбужденное состояние долго сохраняют лишь те электроны, энергия которых близка к ширине запрещенной зоны. При облучении материала более энергичными фотонами избыток энергии электронов быстро расходуется на усиление колебаний решетки вещества, то есть на повышение его внутренней энергии. |
||
