Заряд тасымалдауушылардың пайда болуы (генерация носителей).

Атосдық деңгейдегі заттар үздіксіз қозғалыс күйінде болады. Жартылай өткізгішті материалдарда электрондар мен кемтіктер жалғанған күйден тез өндіріліп және валенттілік аймақ пен өткізу аймағына заряд тасымалдаушылар ретінде түседі. Бұл – термиялық қозу процессі деп аталады, оның ықтималдығы Больцман факторымен анықталады (Е-жалғанған күйдегі электрон мен кемтікті үзу үшін арналған энергия; k-Больцман тұрақтысы; Т-температура). Өзіндік өткізгіштігі бар таза заттар үшін 2Е=E_g-тыйым салынған аймақ ені. Қоспалық өткізгіштігі бар қосылған (легированный) материалдар үшін , - р-типті материалдағы кемтіктерді валенттілік аймаққа немесе n-типті материалдардағы электрондарды өткізгіштік аймаққа қоздыру үшін керек потенциалдар айырмасы. -қосылған аймақта жүйелі түрде анықталады және . қоспаның концентрациясы өскен сайын азаяды. Қатты қосылған кремний үшін

Диффузиялық ұзындық және рекомбинация уақыты. Термиялық немесе басқа әдіспен қозған электрондар мен кемтіктер біраз уақыт өткен соң қайта әрекет етеді, осы уақыт ішінде кристалда жүріп өткен жол диффузиялық өткен жол L деп аталады. Өзіндік өткізгіштігі бар таза материалдарда қайта әрекет ету уақыты ұзақ болыу мүмкін , бірақ өндірістік қосылған материалдарда бұл уақыт көп аз . Қосылу орталықтарындағы қайта әрекет етуге, кристалдың біртектіеместігіне, беткі қабатына және басқа себептерге байланысты заряд тасымалдаушылардың өмір сүру уақыты шектеулі. Сондықтан қатты қосылған материалдар аз уақытта қайта әрекет алуымен сипатталады. Конструкторлық ерекшеліктеріне және бетінің үлкен ауданына байланысты күн фотоэлементтеріне беткі қайта әрекет ету олардың пайдалану, қолдануына әсерін тигізеді. Беткі қайта әрекет ету жылдамдығы S_v (кремний үшін 10м/с) мына теңдеуден табылады:

J-қайта әрекет ету ағын тығыздығы, беткі қабатқа перпендикуляр м^-2 *с^-1 ; N-жартылайөткізгіштегі заряд тасымалдаушылар концентрациясы, м^-3.

Заряд тасымалдаушылардың бірлік уақыттағы қайта әрекет ету ықтималдығы n-электрондар үшін бірлік уақытындағы қайта әрекет етуінің акт саны , р-кемтіктер үшін- .

Р-материалда егер болса, онда және керісінше. Күн элементтері жасалатын материалдарда қосалқы заряд тасымалдаушылардың өмір сүру уақыты негізгі заряд тасымалдаушылармен салыстырғанда аз, оларда негізгі заряд тасымалдаушылар саны көп болады және қосалқы тасымалдаушылар солар арқылы қайта әрекет ете алады.

Жартылай өткізгіштердегі тасымалдаушылар диффузиясы, концентрация градиентіне байланысты , бұл x бағыттағы токтың пайда болуына алып келеді, оның тығыздығы

Мұнда D-диффузия коэффиценті. Кремний үшін электрондарға D= және кемтіктерге D= м²/с. Қайта әрекет ету уақыты (релоксация) шегіндегі диффузиялық ұзындық энштейн теңдеуінен табылады

Осыдан кремнийдің р-типтегі қосалқы тасымалдаушыларының диффузиялық ұзындығы құрайды.

Көріп тұғандай -кремнийдегі р-n-өткел ені.

Р-n-өткел токтары. Материалдағы бос тасымалдаушылар қыздырған кезде немесе жарық түсірген кезде пайда болады. Потенциалдық барьерде пайда болған қосалқы тасымалдаушылар өткізу шекарасынан байланыс өрісі әсерінен өтеді. Өткізу шекарасынан өткен сәттен бастап заряд тасымалдаушылар негізгі тасымалдаушыларға айналады.Қосалқы тасымалдаушылар қозғалысы генерациялық ток тудырады I_g.

Оқшауланған өткелде генерациялық ток материал көлемінде пайда болған қарама-қарсы бағытталған рекомбинациялық ток шаасымен теңеседі I_r . Өткелдегі токтардың әсерінен байланыс өрісінің потенциалы төмендейді. Температураның көтерілуі I_g-дің өсуіне алып келеді, демек V_В төмендейді.

Осы материал үшін генерация тогы I_gтемпературамен анықталады, ал рекомбинация тогы сырқы ығысу кезінде өзгере алады. 7.5 7.7 сурет

Жарық түспеген кезде I_g –келесі теңдеумен анықталады.

N_i – меншікті тасымалдаушылар концентрациясы. Материалдың құрамына байланысты L және айту үшін, практикада кристалдың өсуін және қоспалардың концентрациясын дәлдікпен бақылау қиынға соғады, сондықтан I_g бақыланбайды.

Ескере кетсек, байланыс өрісі аймағындағы қайта әрекет ету ықтималдығы өте аз, өйткені тасымалдаушылардың осы облыс арқылы өту уақыты мыныған тең:

u-дрейф жылдамдығы; -тасымалдаушылар қозғалғыштығы электр өрісінде мұнда

Сондықтан