Фотонный кнут
Чтобы в полной мере использовать лучистую энергию Солнца, нужно превратить ее в какой-либо иной вид. Сохранить световой луч в «банке» еще никому не удавалось. Один из наиболее распространенных и перспективных способов преобразования света – фотоэлектрический: фотоны передают свою энергию электронам в полупроводниках. Возникает электрический ток.
Как это происходит? Запрещенные энергетические зоны в некоторых полупроводниках по ширине как раз соответствуют величине энергии кванта света. Запрещенная зона – это потенциальный барьер, который необходимо преодолеть электрону при перескоке с одного на другой атом кристаллической решетки. Поглотив фотон, электрон обретает подвижность. Значит, может возникнуть электрический ток. Ведь по определению ток – это направленное движение электрических зарядов.
Однако фотоиндуцированные электроны могут с равной вероятностью двигаться как в одну, так и в другую сторону. ЭДС разных знаков компенсируют друг друга. Тока не будет.
Если же теперь совместить два полупроводника (чаще всего используется кремний), легированных разными примесями (одна, в силу несовпадающих валентностей, привносит в исходное вещество нескомпенсированные электроны – получается полупроводник n-типа, а другая, чья валентность меньше, приводит к появлению дырок, носителей положительных зарядов – полупроводник р-типа), на их границе образуется n-р–переход. Света нет – ток отсутствует. Как только полупроводниковый диод осветить, потекут избыточные электроны в р-зону.
