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太陽電池の等価回路は左図のようになる。最も単純なモデルでは抵抗成分を無視して、電流源Iph と(理想ダイオードではない)ダイオードのみで表される。抵抗成分を無視した太陽電池の暗電流は、Io を逆方向飽和電流、qを電気素量、Vを電圧、nを理想ダイオード因子、kをボルツマン定数、Tを温度として・・・・・
という文が太陽電池について調べていたら出てきました。
理想ダイオード因子っていったい何ですか?
また物理的な意味とかってあります?

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A 回答 (3件)

推測ですが、


単純な理論ではダイオードの電流電圧の式はI=Is ( exp (qV/kt) -1 )です。
しかし実際のダイオードはI=Is ( exp (qV/nkt) -1 ) のような感じです。
で、nが1に近いほど単純理論に近いわけで、
単純理論の通り振る舞うのを理想ダイオードと仮にすると、nは理想ダイオードにどれだけ近いかの指標と言うことになります。そういう意味ではないかと推測。
(ご質問のnが上の式のような場所に使っているのかどうかわかりませんが。。。)
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特に性能が悪いダイオードでnが1からずれるのではなく、そこそこいいのダイオードでも電圧によりnが変化すると読んだような。



確か順方向バイアスで電圧をゼロから増やしていくと、(1)再結合電流領域(n~2)、(2)拡散電流領域(n~1)、(3)高注入領域(n~2)、(4)直列抵抗効果が無視できなくなる(電流が電圧の指数関数に比例する関係が成立しなくなり、nが定義できなくなる。)S.M. Sze, Physics of Semiconductor Devices

上記の本に物理的な説明があります。
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理想ダイオードとは正方向では銅線(抵抗0)、逆方向では断線と等価なものだと思いますが。



因子と言うのは素子と言う意味か数学的意味なのかわかりませんが。

物理的な意味は完全導体と完全絶縁体かと。
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Q理想因子

こんにちわ。
太陽電池の式の中に理想因子nという記号が出てくるのですが、イメージがつきません。理想因子の意味を教えてください。

Aベストアンサー

どうやら理想的な値の出る因子のようです。
下記にてイデアルを理解して下さい。^^;

って返って分からなくなるかもしれませんね。^^;
http://www.ednjapan.com/edn_j/2003/10/designf30310.html
ここでは理想因子は仮定で1で計算してます。

理想/因子
2語に分けると案外解決の糸口になるかもしれません。

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A4%E3%83%87%E3%82%A2%E3%83%AB

Q逆方向飽和電流の求め方に関する質問です。

物理実験でどうしてもわからないことがあるので質問させていただきます。

半導体ダイオードの特性を測定する実験なのですが、その課題の部分で逆方向飽和電流をグラフ化して求めるというものがありました。その求め方で順方向特性で求める方法と逆方向特性で求める方法、さらにV=0のときの抵抗値から求める方法があったのですが、求めた逆方向飽和電流がそれぞれ違う値となるのです。その結果は順方向特性が5.75(mA),逆方向特性が1.31(μA),V=0のときの抵抗値から求めたものが1.62(μA)となりました。後の2つは求め方の性質上の誤差で済ませられる範囲だとは思うのですが、順方向特性と後の2つとは誤差と言えないほどかけはなれています。これはどういうことなのでしょうか?

求め方
順方向特性
logI=logIo+qV/2.3kT
Io:逆方向飽和電流,q:電子の電荷,k:ボルツマン定数,T:絶対温度
x軸に電圧Vをとり、y軸に電流の常用対数logIをとったグラフを作り、直線部分を延長してそのY切片がIoである。

逆方向特性
逆方向の-1VまでのV-I特性をグラフ化して、直線部分を伸ばしてY軸(電流軸)との交点がIoである。

V=0のときの抵抗値から
x軸に電圧Vをとり、y軸に抵抗の常用対数logRをとったグラフを-0.5Vから0.5Vまで作り、真ん中を内挿してV=0のときのRをもとめ、Io=kT/qR(V=0)に代入して求める。

ということらしいのです。直線部分を伸ばしたり、真ん中の部分を勝手に想像して埋めたりなど結構あいまいな求め方なので少しくらいのずれならわかるのですが、1000倍もずれるとなると無視できないので質問しました。実験方法自体のミスの可能性もあるので、もしこんなことは起こらないのならそれを指摘してくださってもうれしいです。

よろしくお願いします。

物理実験でどうしてもわからないことがあるので質問させていただきます。

半導体ダイオードの特性を測定する実験なのですが、その課題の部分で逆方向飽和電流をグラフ化して求めるというものがありました。その求め方で順方向特性で求める方法と逆方向特性で求める方法、さらにV=0のときの抵抗値から求める方法があったのですが、求めた逆方向飽和電流がそれぞれ違う値となるのです。その結果は順方向特性が5.75(mA),逆方向特性が1.31(μA),V=0のときの抵抗値から求めたものが1.62(μA)となりました。後の2つは...続きを読む

Aベストアンサー

実際の測定結果を見ないと何とも言えませんが、
・測定結果
・log(I)=log(5.75)+qV/2.3kT
・log(I)=log(5.75(exp(qV/2.3kT)-1))
等を(片対数)グラフに重ね描きして考えてみてはいかがでしょうか?
(エクセル等が使えればすぐ描けますよね。)
更に、log(1.5e-3) あたりをY切片として、測定結果の曲線に向けて接線を描いてみたりすると他に直線的な部分が見えてきませんでしょうか?
抵抗分が効いている部分からloを求めていると、loをオーバーエスティメイトしがちです。

Qトランジスタ:再結合電流とは?

 トランジスタ(参考:NPNバイポーラ;ベース接地)について勉強しております。
 再結合電流という言葉が出てきました。例えば空乏層内再結合電流、エミッタ-ベース端の再結合電流などです。電子とホールが再結合すると、電流は流れないと思うのですがいかがでしょうか?宜しくお願い致します。

Aベストアンサー

大雑把にですが、
1. 電子とホールが再結合すると、そこで電荷やホールは消滅します。
2. 消えた電子やホールを穴埋めするために、背後から次の電子やホールが流れて来ます。
3. 流れて来た電子やホールが再結合して消えます。

という具合に、再結合で電子やホールが消滅するので、その周辺で電子やホールの流れができて電流が流れます。
もし、再結合が無ければ、電子やホールが溜って、流れを阻止する電界が発生し、適当にバランスしたところで流れが止まって、電流が止まります。

Qpn接合ダイオード

 学校の実験でpn接合ダイオードの特性についてやっていて、実験で得られた値から、pn接合ダイオードの電流と電圧の関係を表した式I=Is((e^qV/nkT)-1)のIsとnを求めたいのですが、求め方がlogIとVのグラフを書いて、その傾きからnを切片からIsを求めるとまではわかるのですが、実際の計算がどうすればいいのかわかりません。
 片対数グラフで縦軸にlogI、横軸にVを取ると右上がりの直線がプロットされましたが、この時の傾きを求めるのは(V,I)=(0.5, 0.2)(0.6, 2.0)だった場合傾きa=(log2.0 - log0.2)/(0.6 - 0.5)という求め方でいいのでしょうか?しかしこれだと答えが10となり、nの値としてはおかしいですよね?

Aベストアンサー

>a=(log2.0 - log0.2)/(0.6 - 0.5)という求め方でいいのでしょうか?
対数をとるとき、電流 I の単位はmAでなくA単位で計算しないといけません。また対数は常用対数でなく自然対数です。
   × a = q/( n*k*T ) = (log[10]2.0 - log[10]0.2)/(0.6 - 0.5) = 10 → n = 3.865
   ○ a = q/( n*k*T ) = (ln0.002 - ln0.0002)/(0.6 - 0.5) = 23.03 → n = 1.678

q*V( n*k*T ) > 2 なら( V > 0.05V なら)
   I = Is*[ exp{ q*V/( n*k*T ) } - 1 ] ≒ Is*exp{ q*V/( n*k*T ) }
と近似できます。両辺の対数(自然対数)をとれば
   ln( I ) = ln( Is) + q*V/( n*k*T )
となります。これは ln( I ) と V が比例関係にあることを示しています。ln( I ) を縦軸に、V を横軸にしてグラフを描いたとき、V = 0 での切片が ln( Is )、傾きが q/( n*k*T ) の直線になります。

V = 0.5V のとき I = 0.0002A (0.2mA)なら
   ln( 0.0002 ) = ln( Is) + q*0.5/( n*k*T ) --- (1)
V = 0.6V のとき I = 0.002A (2mA)なら
   ln( 0.002 ) = ln( Is) + q*0.6/( n*k*T ) --- (2)
なので、式(2)-(1)を計算すれば
   ln( 0.002 ) - ln( 0.0002 ) = q*( 0.6 - 0.5 )/( n*k*T )
   → ln( 0.002/0.0002 ) = 0.1*q/( n*k*T )
   → ln( 10 ) = 0.1*q/( n*k*T )
   → n =0.1*q/{ ln( 10 )*k*T }
q = 1.6E-19、k = 1.38E-23、T = 300K なら
   n = 1.678

>a=(log2.0 - log0.2)/(0.6 - 0.5)という求め方でいいのでしょうか?
対数をとるとき、電流 I の単位はmAでなくA単位で計算しないといけません。また対数は常用対数でなく自然対数です。
   × a = q/( n*k*T ) = (log[10]2.0 - log[10]0.2)/(0.6 - 0.5) = 10 → n = 3.865
   ○ a = q/( n*k*T ) = (ln0.002 - ln0.0002)/(0.6 - 0.5) = 23.03 → n = 1.678

q*V( n*k*T ) > 2 なら( V > 0.05V なら)
   I = Is*[ exp{ q*V/( n*k*T ) } - 1 ] ≒ Is*exp{ q*V/( n*k*T ) }
と近似できます。...続きを読む

Qダイオードの拡散電位について

ダイオードの電流-電圧特性から測定した拡散電位が720mVでした。
そして、このダイオードに逆方向バイアスしてコンデンサとしての容量-電圧特性で割り出した拡散電位の値が400mVでした。
このダイオードが傾斜形接合をしている…ということまでは分かったのですが…。

この拡散電位の違いは何なのでしょう?測定ミスでしょうか…。
どなたかご存知の方、教えていただけないでしょうか?

Aベストアンサー

拡散電位 Vb は、電流-電圧特性の立上がり電圧にほぼ一致します。この電圧は半導体のバンドギャップエネルギーが大きいほど大きくなります。Si では 0.6~0.7V、Ge では0.3V程度になります。Siダイオードで実験しているのなら、Vb = 720mV のほうがもっともらしい値です。容量-電圧特性から求めた Vb が間違っている可能性があります。

>このダイオードが傾斜形接合をしている…ということまでは分かった
傾斜接合なら、 1/(容量^3) と バイアス電圧 V の関係は、以下のように、V < 0 の領域で直線になるはずです。

     1/(容量^3)
 \    ↑
   \  │
     \|
       |・
       |  ・
 ――――┴――-・―→ V
 V < 0   0    Vd

この直線を 0 < V 側に延長して横軸と交わる点の電圧が 拡散電圧 Vd になります。実験は V < 0 の領域でされていると思いますが、V が 0V に近い領域では他の要素(拡散容量)の影響が出てくるので、逆バイアスが充分深い領域( V << 0 )で測定したデータを使って Vb を求めたほうがいいです。傾斜接合なら、グラフの縦軸は 1/C^2 でなく 1/C^3 ですが、これは間違っていませんね?

>電流-電圧特性から測定した拡散電位が720mVでした
ダイオードの飽和電流 Is [A] と拡散電位 Vb [V] の関係は
   Is = S*A*T^2*exp{ -q*Vb/( k*T ) }
   → Vb = ( k*T/q )*ln( S*A*T/Is )
で表わされます。S は接合の断面積 [m^2]、A はリチャードソン定数 [A/m^2/K^2]、T は接合温度 [K]、q は電子の電荷 [C]、k はボルツマン定数 [J/K] です。リチャードソン定数は半導体中の電子の有効質量に比例するので、有効質量の見積もりが誤っていると計算される Vb が違ってきます。

拡散電位 Vb は、電流-電圧特性の立上がり電圧にほぼ一致します。この電圧は半導体のバンドギャップエネルギーが大きいほど大きくなります。Si では 0.6~0.7V、Ge では0.3V程度になります。Siダイオードで実験しているのなら、Vb = 720mV のほうがもっともらしい値です。容量-電圧特性から求めた Vb が間違っている可能性があります。

>このダイオードが傾斜形接合をしている…ということまでは分かった
傾斜接合なら、 1/(容量^3) と バイアス電圧 V の関係は、以下のように、V < 0 の領域で直線になるはず...続きを読む

Q波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式は?

波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式を知っていたら是非とも教えて欲しいのですが。
どうぞよろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

No1 の回答の式より
 E = hc/λ[J]
   = hc/eλ[eV]
となります。
波長が nm 単位なら E = hc×10^9/eλ です。
あとは、
 h = 6.626*10^-34[J・s]
 e = 1.602*10^-19[C]
 c = 2.998*10^8[m/s]
などの値より、
 E≒1240/λ[eV]
となります。

>例えば540nmでは2.33eVになると論文には書いてあるのですが
>合っているのでしょうか?
λに 540[nm] を代入すると
 E = 1240/540 = 2.30[eV]
でちょっとずれてます。
式はあっているはずです。

QダイオードのI-V特性

この実験でn(ideality factor)が求められたのですが、この値からダイオードについてわかることはどんなことがありますか??

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

ショットキーダイオードでしょうか?それともpnダイオードでしょうか?

n値というものは、電流輸送過程がどのくらい理想状態(モデル)に
近いかを示す指標といえると思います。

簡単にショットキー接合でのn値について述べます。
ショットキー接合で最も有名な熱電子放出理論では、n=1の結論が導き出されます。
実際のショットキー接合で測定すると、nは1より大きくなります。(普通は1~2程度)
なぜn=1が得られないかというと、これは他の電流輸送過程(トンネル電流、再結合電流)があるためです。
別の言い方をすれば、n値が1に近いかどうかを調べることで、
どの程度熱電子放出過程に従っているかどうかを知ることができます。

pn接合での再結合電流モデルではn=2、拡散電流モデルではn=1になります。
n値から、どの電流輸送過程が支配的かを(ある程度)知ることができます。

実際には単純なI-V特性から分かることは少ないため、色々な温度での
I-V評価、C-V測定などを組み合わせて評価します。

Q金属、半導体の抵抗の温度変化について

金属は温度が高くなると抵抗が大きくなり、半導体は温度が高くなると抵抗が小さくなるということで、理論的にどうしてそうなるのでしょうか。
金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?
半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。
あと自分で調べていたところ「バンド理論」というのを目にしました。
関係があるようでしたらこれも教えて頂くとありがたいです。

Aベストアンサー

こんにちは。

>>>金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?

だいたい合っています。
金属については、温度が上がると正イオン(自由電子が引っこ抜かれた残りの原子)の振動が激しくなるので、自由電子が正イオンに散乱されます(進路を乱されます)。
それをマクロで見たとき、電気抵抗の上昇という形で現れます。

>>>半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。

半導体の中において金属の自由電子に相当するものは、電子とホールです。この2つは電流を担う粒子ですので、「キャリア」(運ぶ人)と言います。
ホールは、半導体物理学においてプラスの電子のように扱われますが、その実体は、電子が欠けた場所のことを表す「穴」のことであって、おとぎ話の登場人物です。
電子の濃度とホールの濃度に違いがあったとしても、一定の温度においては、両者の濃度の積は一定です。
これは、水溶液において、H+ と OH- の濃度の積が一定(10^(-14)mol^2/L^2)であるのと実は同じことなのです。

中性の水溶液の温度が高くなると、H2O が H+ と OH- とに解離しやすくなり、H2O に戻る反応が劣勢になります。
それと同様に、真性半導体においても、温度が上がると電子とホールが発生しやすくなるのに比べて、両者が出合って対消滅する反応が劣勢になるため、両者の濃度の積は増えます。
キャリアが増えるので、電流は流れやすくなります。

こんにちは。

>>>金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?

だいたい合っています。
金属については、温度が上がると正イオン(自由電子が引っこ抜かれた残りの原子)の振動が激しくなるので、自由電子が正イオンに散乱されます(進路を乱されます)。
それをマクロで見たとき、電気抵抗の上昇という形で現れます。

>>>半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。

半導体...続きを読む

Qエクセルで片対数グラフを作る

エクセルで片対数グラフを作る方法を詳しく教えてください。お願いします。

Aベストアンサー

グラフの数値軸のところで右クリックして
軸の書式設定(O)→目盛(タブ名)

対数目盛を表示する(L)
にチェックを入れてください。

Q真性キャリア密度niの計算に関して

半導体工学のテキストに載っている真性キャリア密度の計算ですが
下式が有名ですが、この式と下記のパラメータを使って計算をすると、テキストに書いてある値(1.5×10^10 /cm^3または、1.45×10^10 /cm^3)と違っています。

式 ni=√(Nc*Nv)*exp(-Eg*q/2kT)
ni=√(2.8×10^19×1.02×10^19)×exp(-1.12×1.6×10^-19/2×1.38×10^-23×300)

パラメータ
Nc=2.8×10^19
Nv=1.02×10^19
q=1.6×10^-19
Eg=1.12
k=1.38×10^-23
T=300

計算過程は間違いないと思いますが、1.5×10^10 /cm^3または、1.45×10^10 /cm^3の値になりますでしょうか?

Aベストアンサー

昨日から、誰か回答してくれないかなぁと待っていましたが、なかなか現れないので、私が書くことにしました。
しかし、ずいぶん昔のことなので、自信がありませんので、違っているかもしれません。
たぶん次のところではないかと思うんですが。

>式 ni=√(Nc*Nv)*exp(-Eg*q/2kT)

上式は、PN積のni^2が一定となると言うことから、平方根をとっているのではないかと推測します。
この式のNcとNvがありますが、これは伝導帯中の電子の密度と価電子帯中のホール密度の定数部分ですよね。

ですが、
>テキストに書いてある値(1.5×10^10 /cm^3または、1.45×10^10 /cm^3)

この値は、伝道帯中の自由電子密度だけの値ではないでしょうか?
そう考えて、計算してみると、質問にあるパラメーターを用いて計算しても、1.5×10^10 /cm^3程度の値になります。

計算式は、
ni=Nc×exp(-Eg*q/2*kT)
です。

蛇足ですが、常温(T=300[K])のときのkTの値は、[eV]で表すと、約0.026[eV]となりますので、大雑把に計算するときはこの方が便利です。
ni=Nc×exp(-Eg/2*0.026)

昨日から、誰か回答してくれないかなぁと待っていましたが、なかなか現れないので、私が書くことにしました。
しかし、ずいぶん昔のことなので、自信がありませんので、違っているかもしれません。
たぶん次のところではないかと思うんですが。

>式 ni=√(Nc*Nv)*exp(-Eg*q/2kT)

上式は、PN積のni^2が一定となると言うことから、平方根をとっているのではないかと推測します。
この式のNcとNvがありますが、これは伝導帯中の電子の密度と価電子帯中のホール密度の定数部分ですよね。

ですが、
>テキ...続きを読む


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