Учебно-методическое пособие Ростов-на-Дону 2019

разделяться: электроны концентрироваться в электронном полупроводнике, а 
дырки - в дырочном. Этот процесс не может продолжаться бесконечно, т. к. 
параллельно с увеличением концентрации дырок в "дырочном" полупроводнике и 
электронов – в электронном будет возрастать создаваемое ими электрическое 
поле, которое препятствует переходу не основных носителей из одного 
полупроводника через запирающий слой в другой полупроводник. Одновременно 
по мере возрастания этого поля увеличивается и обратный поток не основных 
носителей тока. В конце процесса, должно наступить динамическое равновесие,
при котором число не основных носителей, перемещающихся за единицу времени 
через запирающий слой, сравняется с числом тех же носителей, перемещающихся 
за тот же самый промежуток времени в обратном направлении. В этот момент 
между электродами установится некоторая стабильная разность потенциалов, 
которая фактически будет представлять собой фотоэлектродвижущую силу. 
Говоря о достижении такого динамического равновесия, следует иметь в виду, 
что число не основных носителей тока N перемещающихся за единицу времени из 
освещаемого полупроводника через запирающий слой в другой полупроводник, 
зависит от интенсивности потока солнечного излучения. С увеличением 
интенсивности излучения будет увеличиваться число N. Сначала это увеличение 
происходит по линейному закону, а затем прирост N начинает замедляться, 
постепенно приближаясь к значению характерному для состояния динамического 
равновесия. В соответствии с изменением N в зависимости от изменения 
интенсивности 
солнечного 
излучения 
изменяется 
и 
величина 
фотоэлектродвижущей силы, которая, в конечном счете, и важнейшим 
результатом фотоэффекта запорного слоя. Фотоэффект запирающего слоя 
особенно активно протекает в полупроводниковых системах с большой 
диффузионной длиной "не основных" носителей тока и соответственно большим 
временем их жизни.
Поток генерированных солнечным излучением носителей заряда образует 
фототок 1
ф
. Величина фототока определяется числом генерированных носителей, 

---

25 
прошедших заряда, прошедших в единицу времени через p - n переход и может 
быть определена по формуле: 
1
ф
= (q ∙P
и
)/ hν, 
где q – величина заряда электрона; Р
и
– мощность поглощенного 
монохроматического излучения; hν – энергия фотонов электрон- вольтах. 
Здесь предполагается, что в полупроводнике каждый поглощенный фотон с 
энергией hv > Eg (ширина запрещенной зоны полупроводника) создает одну 
электронно-дырочную пару. Это условие хорошо выполняется для фотоэлементов
на основе кремния. 
Открытие фотоэффекта запорного слоя расширило возможности практического 
использования полупроводников и легло в основу создания вентильных 
фотоэлементов, на основе которых и были разработаны устройства 
непосредственно преобразующих лучистую энергию Солнца в электрическую 
энергию. Схема работы солнечного элемента представлена на рис.4. Несколько 
объединенных фотоэлектрических преобразователей представляют собой 
солнечную батарею. 
Рис.2.4. – Солнечный элемент как пример фотоэлектрического преобразования 
В настоящее время разработано множество технологических процессов, 
используемых при промышленном изготовлении фотоэлементов. Однако все они 
должны соответствовать следующим основным техническим требованиям: 
 используемый полупроводниковый материал должен обладать высокой 
химической чистотой с устойчивыми физическими свойствами; 

---

26 
 промышленное производство фотоэлементов должно обеспечивать их 
минимальную стоимость и требуемую долговечность (срок службы не 
менее 20 лет); 
 устойчивость к воздействию окружающей среды (диапазон рабочих 
температур от -30 до +200 °С) герметичность и защищенность от всех 
видов коррозии ); 
 выход из строя одного, или нескольких фотоэлементов не должны 
приводить к нарушению функционирования всей системы.