A 回答 (3件)
- 最新から表示
- 回答順に表示
No.3
- 回答日時:
ANo.2 で紹介したグラフはPDFファイルの20ページになります。
横軸が不純物濃度で縦軸がフェルミ準位の位置(エネルギー)になります。ND がドナー濃度、NA がアクセプタ濃度です。No.2
- 回答日時:
太陽電池に使われている半導体は適度にドーピングされているので、その場合には Eg/q ≒ (Efn-Efp)/q になるということを先生はおっしゃているのでしょう。
半導体の不純物濃度を大きくしていくと Efn は伝導帯下端に近づき、 Efp は価電子帯上端に近づいていきます(http://www.nuee.nagoya-u.ac.jp/labs/nakazatolab/ … 21ページのグラフ)。不純物濃度が電子や正孔の有効状態密度に達すると (Efn-Efp)/q = Eg/q になりますが、さらに濃度が大きくなると (Efn-Efp)/q > Eg/q になります(このような状態を縮退という)。この (Efn-Efp)/q が拡散電位(開放電圧の上限)になるわけですが、これを大きくするために不純物濃度を大きくすると、光照射によって発生した電子と正孔の寿命が短くなり、電極に移動するまでに消滅する割合が大きくなって変換効率が落ちるので、適切な不純物濃度は 10^18~10^19/cm^3 程度になります。このとき Eg/q ≒ (Efn-Efp)/q となるので、通常の太陽電池では、V単位での開放電圧の上限はeV単位で表したバンドギャップエネルギーに近い数字になります。
開放電圧はバンドギャップの小さい半導体ほど小さくなり、短絡電流は逆にバンドギャップの小さい半導体ほど大きくなるので(吸収される光の量が増える)、太陽電池から取り出せる電力(定数×開放電圧×短絡電流)が最大となる最適なバンドギャップがあり、地上での太陽光のでは 1~1.4eV が最適値になります。
No.1
- 回答日時:
これはなかなか回答するのが難しいですね。
先生の言われることもれなりに正しいのですが、それでは単なる励起状態にあるi型バルク半導体でしかなく、電圧が取り出せないと思われるからです。実際、太陽電池はp-n接合があるからこそ、光励起された電子がn領域に、ホールがp領域に拡散されるのですが、これが単なる真性半導体では、それは単に励起状態を作るだけになるからです。p-n接合にすると接合界面でバンドの折れ曲がりが発生して、開放電圧がEg/qよりも小さくなってしまいます。
しかし、微分積分のε-δ論法ではありませんが、極めて微小な量のドーパントを入れたp-n接合という一つの極限を考えた場合、電子とホールがそれによって生じる極めてわずかな坂道を転がって拡散して、理論上はEgに収斂する開放電圧を得られることにはなります。
なお、フェルミ準位はあくまでも、電子のようなフェルミ・ディラック統計に従う素粒子の「存在確率」が1/2になる準位であって、必ずしもそこに電子やホールが実際に存在する準位のことではありません。でなければ、真性半導体や絶縁体では、フェルミ準位が「禁制帯(電子の波動的性質により、電子が絶対取りえないエネルギー状態の範囲)」のほぼ中央であることと矛盾してしまいます。ドーピングしたときにフェルミ準位が動くのは、電子のエネルギー的な居場所そのものが動くことを示すのではなく、電子全体のとりうるエネルギー分布が動くからです。ですから、「フェルミ準位という準位に電子が存在すること」は、金属などではあることですが、通常の半導体ではありえないことです。
お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!
似たような質問が見つかりました
- 工学 工学の半導体について質問です。 Siの最外殻電子のエネルギー準位って何ですか?伝導帯ですか?充満帯で 2 2022/11/16 17:44
- 物理学 中心を同じに点に持つ半径aの導体球(導体1)、内半径b、外半径Cの導体球殻(導体2)があるとして、導 1 2023/08/12 23:36
- 物理学 高校物理電磁気で質問です。コンデンサーが含まれる回路などの説明で教科書に、「等電位」とか「電位差」っ 7 2023/02/25 17:34
- 工学 半導体についてです。 2 2022/12/25 21:38
- 物理学 このような問題でいくつか質問があります。 ①導体球が帯電している=導体球内に電荷がある (帯電してい 2 2023/04/12 14:48
- 物理学 ポンピングと誘導放出 2 2023/03/10 10:12
- 工学 至急お願いします。 誘電体と接する導体表面に面密度のσ正の電荷を一様に与えると、境界面には応力が発生 1 2022/07/31 02:27
- 物理学 半径a,bの同心球の間に誘電率ε, 電気伝導率σの物質をつめ, 内球に電荷Qを与えるとき, 物質内に 3 2023/03/23 11:00
- 物理学 原子核のガンマ線レーザー 5 2022/06/25 10:01
- 経済 今後、世界で勝負できる日本の産業は原子力では 6 2022/10/31 17:25
おすすめ情報
デイリーランキングこのカテゴリの人気デイリーQ&Aランキング
-
電圧をVやUで表すのはなぜ?
-
直流電流から交流電流への換算...
-
立ち上がり電圧について。たと...
-
電子分光の実験をしてみました...
-
RMS値
-
管電圧指数について【放射線】
-
三相三線式のS相は接地されてい...
-
RS-232CとTTL-ICの違い
-
低圧電気は交流600v以下 直流7...
-
なぜ短絡回路における電池の両...
-
エミッタ接地増幅回路について...
-
リファレンス電圧
-
電圧用テストプラブと電流用テ...
-
開放電圧って?
-
電気機器の「開放電圧」の意味...
-
電圧の種類(放電現象)
-
定格電圧
-
FFT・PSDの縦軸は何を意味する...
-
至急お願いします!直列共振回...
-
インダクタンス Lの電圧測定に...
マンスリーランキングこのカテゴリの人気マンスリーQ&Aランキング
おすすめ情報