Baterie słoneczne. Historia

Transkrypt

1 Baterie słoneczne Historia 1767 szwajcarski uczony, Horace de Saussure, buduje pierwszy słoneczny kolektor Edmund Becquerel, po raz pierwszy obserwuje efekt fotoelektryczny. (E. Becquerel,"Mčmoire sur les effets électriques produits sous l'influence des rayons solaires", C. R. Acad. Sci. Paris, 1839, 9, ) W doświadczeniu z metalowymi elektrodami i elektrolitem zauważył, że przewodność rośnie wskutek oświetlenia układu. Willoughby Smith, 1873: Pierwsza obserwacja efektu fotoelektrycznego w ciele stałym (w selenie). 1876: Willoughby Smith ze swoimi studentami obserwują efekt fotowoltaiczny w złączu Se-Pt. 2 1

2 Historia 1883 Pierwsza bateria słoneczna: Charles Fritts 1905 Wyjaśnienie zjawiska fotoelektrycznego: Albert Einstein 1915 Potwierdzenie wyjaśnienia zjawiska fotoelektrycznego: Robert Millikan 1918 Metoda wytwarzania monokryształów krzemu: Jan Czochralski 1941 ~ Krzemowa bateria słoneczna: Russell Ohl 3 Główne rodzaje ogniw słonecznych Zbudowane na bazie monokrystalicznego AsGa lub krzemu Zbudowane na bazie polikrystalicznego krzemu Zbudowane na bazie amorficznego krzemu Inne Typ Wydajność ogniwa w laboratorium Mono Poli Amorficzne Wydajność seryjnego ogniwa 4 2

3 Krystaliczna, krzemowa komórka fotoelektryczna Materiał Złącze n-p tworzy się poprzez dyfuzyjne domieszkowanie fosforem (n) wierzchniej warstwy krzemu domieszkowanego borem (p). Elektrody nanosi się (zazwyczaj) metodą screenprinting. Klasyczna komórka ma wierzchnią warstwę cienką i silnie domieszkowaną n+ ( emiter ) i grubszą warstwę p ( baza ). Poza tym: elektrody: górna i dolna, warstwa antyodbiciowa i inne. 6 3

4 Od czego zależy wydajność komórki? 1. Od przezroczystości górnej elektrody. Dlatego właśnie, elektrody mają kształt wąskich pasków. 2. Od współczynnika odbicia światła od powierzchni komórki: Im mniej światła się odbije, tym lepiej. 3. Od szerokości przerwy energetycznej półprzewodnika Fotony o energii mniejszej niż szerokość przerwy energetycznej nie są absorbowane; 4. Od strat powstałych przy zbieraniu nośników ładunku Straty wynikają z rekombinacji nośników ładunku. Minimalizuje się je używając materiałów dobrej jakości, tzn. takich, w których czas życia mniejszościowych nośników ładunku jest długi. 7 Niektóre rozwiązania Układy komórek; Skupianie światła; Komórki zbudowane nie na złączu pn, ale złączu Schottkyego lub jeszcze innym; Konstrukcja górnej elektrody; Wpływ na właściwości odbijające powierzchni; Nowe materiały (GaAs, CdTe, CuInSe2); Komórki Grätzela; 8 4

5 Wpływ na właściwości odbijające powierzchni 9 Warstwy antyrefleksyjne Krzem jest srebrzystym, błyszczącym materiałem o współczynniku załamania około 4. Odbija ponad 30% padającego światła. Dlatego, na powierzchnię komórki nanosi się warstwę lub warstwy antyrefleksyjne. Jakie właściwości powinna mieć warstwa, aby zmniejszyć współczynnik odbicia? Optymalne n warstwy jest n = n si 2 2 R1 + R2 + 2R1R 2 cos2θ R = R R + 2R R cos2θ R 1 n 1+ n 1 1 =, 1 R 2 n1 n2 = n + n

6 Ograniczenia: 1. Współczynnik odbicia zależy od długości fali zerowe odbicie możliwe tylko dla jednej długości Linie przerywane Si z warstwą dodatkowo pokryte szkłem dobry wynik dla n= Warstwy antyrefleksyjne Materiały: SiN x wytworzone metodą PECVD mają n między 1.7 (dużo N) a 2.3 (dużo Si), stanowi jednocześnie dobrą barierę dyfuzyjną. Dzięki temu stało się główną warstwą AR. Kolor ogniw fotowoltaicznych zależy od grubości warstwy azotku krzemu. 12 6

7 Teksturowanie powierzchni Powierzchnia komórki ma strukturę albo piramidek, albo sferycznych rowków. Wskutek tego padające światło odbija się od powierzchni wielokrotnie. Jedna z metod teksturowania: trawienie chemiczne Uwaga: warstwa półprzewodnikowa n musi mieć taki sam kształt (stała grubość) jak powierzchnia. Dlatego domieszkuje się po teksturowaniu. Source: Key Center for PV Engineering - UNSW 13 Emiter warstwa półprzewodnika typu n 14 7

8 Emiter Aby zminimalizować powierzchnię elektrod, emiter powinien dobrze przewodzić; to oznacza, że powinien być silnie domieszkowany i dość gruby; ALE (1): Silne domieszkowanie zmniejsza czas życia dziur. Zatem, zmniejsza efektywność komórki. Mechanizm rekombinacji: Auger (nie da się go wyeliminować). ALE (2): Silne domieszkowanie zmniejsza ruchliwość nośników. Zatem, zmniejsza współczynnik dyfuzji i drogę dyfuzji; UWAGA: grubość emitera powinna być mniejsza niż droga dyfuzji. 15 Emiter Oszacowanie grubości warstwy n: Założenie: koncentracja domieszek = /cm 3 Stała dyfuzji dziur D h ~ 1 2 cm 2 /s Czas życia dziur τ ~ 10-9 s droga dyfuzji L h ~ cm = µm Zatem, aby dziury mogły dotrzeć poprzez obszar n do p, jego grubość musi być mniejsza niż 0.5 µm (kosztem zwiększenia oporu warstwy n). Z kolei, aby aby warstwa o grubości 1 µm mogła zaabsorbować światło, współczynnik absorpcji musi być α > 10 6 m -1. Tylko niebieskie światło spełnia ten warunek. 16 8

9 Emiter Warstwa n silnie domieszkowana o grubości 0.5 µm Bardzo cienka warstwa szkła, przez którą mogą tunelować elektrony, ale nie dziury. Szkło jest po to, aby zmniejszyć rekombinację na granicy półprzewodnik-metal. 17 Baza Baza musi być wystarczająco gruba, aby całe padające światło zostało zaabsorbowane Si: minimum 300µm, aby zaabsorbować światło widzialne; 1 mm, aby zaabsorbować całe promieniowanie aż do dalekiego IR. GaAs, który ma prostą przerwę energetyczną wymaga tylko 1µm. 18 9

10 Baza Baza musi być wystarczająco cienka, aby nośniki mniejszościowe (elektrony) dotarły do złącza. Zatem, L n musi być większa niż grubość bazy. L n > 300 µm L > 300 µm > Dτ. D dla słabego domieszkowania jest stałe (30-40 cm 2 /s) zatem, czas życia powinien być τ > s. 19 Baza Czas życia elektronów w półprzewodniku typu p. Rysunek pokazuje, że warunek aby τ > s może być spełniony jeśli koncentracja domieszek jest mniejsza niż cm

11 Baza Podobnie, jak w emiterze, wszelkie mechanizmy rekombinacji (rekombinacja objętościowa, powierzchniowa i na kontaktach z elektrodami) powinny być zminimalizowane. 21 Baza Objętościowa rekombinacja jest zdominowana przez pułapki: defekty. Tzn. potrzebny jest materiał idealny (i tani) niemożliwe do spełnienia

12 Baza Rekombinacja powierzchniowa zachodzi na wszystkich powierzchniach. Najkorzystniejszy wpływ na szybkość rekombinacji powierzchniowej ma naniesienie cienkiej warstwy SiO 2 na powierzchnię krzemu (utlenienie powierzchni). Rekombinacja na kontaktach. Kontakty są zawsze silnie domieszkowane. Czego by nie robić, zawsze będzie tam zachodzić rekombinacja typu Auger. Aby zminimalizować niekorzystne zjawisko minimalizuje się powierzchnię bezpośredniego kontaktu między metalem a bazą. 23 Krzemowe baterie słoneczne baterie pierwszej generacji PODSUMOWANIE 24 12

13 Komórka krystaliczna Si Jedno ogniwo daje 0.5 V. Zazwyczaj łączy się 36 komórek razem tak, aby wyjściowe napięcie wynosiło 12 V. Komórki są hermetycznie zamknięte w obudowie ze szkła. Moduł może pracować 25 lat. 25 Komórka krystaliczna Si 85% baterii słonecznych obecnie używanych i sprzedawanych to multi- i monokrystaliczne baterie krzemowe. Efektywność komercyjnych baterii wciąż sięga maksymalnie tylko18%. Energia elektryczna potrzebna do wytworzenia baterii krzemowej to mniej więcej tyle, ile taka bateria wyprodukuje energii przez dwa lata

14 Literatura Sandrio Elim, Portland State University Małgorzata Pociask, Institute of Physics, University of Rzeszów, Poland David Marx, Illinois State University Jenny Nelson, Department of Physics, Imperial College London 27 ABY OBNIŻYĆ CENĘ I POPRAWIĆ EFEKTYWNOŚĆ OGNIW POSZUKUJE SIĘ NOWYCH MATERIAŁÓW I ROZWIĄZAŃ 14

15 Komórki cienkowarstwowe Niektóre materiały silnie absorbują światło i muszą mieć tylko 1 µm grubości. Główne z nich to: amorficzny krzem, lub polikrystaliczne związki jak selenki miedzi z indem, CIGS, tellurek kadmu (CdTe), azotek indu oraz materiały organiczne. Wszystkie te materiały można otrzymać w postaci warstw nanoszonych na duże podłoża (1m 2 ) szklane lub stalowe. To sprawia, że koszt wytwarzania ogniwa może być znacznie mniejszy. 29 Komórki cienkowarstwowe przykłady Amorficzny Si Mikrokrystaliczny Si CIGS CdTe Materiały organiczne Cienka warstwa na podłożu szklanym plastikowym metalowym 15

16 a-si:h KOMÓRKA FOTOELEKTRYCZNA Z AMORFICZNAGO KRZEMU a-si:h Amorficzny krzem jest półprzewodnikiem o prostej przerwie energetycznej i silnie absorbuje światło E g = ev Czas życia nośników w a-si:h to nanosekundy lub mniej. Nie można liczyć na dyfuzyjne zbieranie nośników mniejszościowych na elektrodach

17 a-si:h Emiter (p) ładuje się ujemnie, gdy dziury przemieszczają się do obszaru niedomieszkowanego. Z kolei, baza ładuje się dodatnio. Ruch dziur i elektronów ustaje, gdy różnica potencjałów wynosi 1V. To jest kontaktowa różnica potencjałów złącza n-p a-si:h. 33 a-si:h Powstaje silne pole elektryczne (2x10 4 V/cm). To pole elektryczne natychmiast przyspiesza powstałe w tym obszarze elektrony i dziury do odpowiednich elektrod. Komórka a-si:h zbiera nośniki nie dyfuzyjnie z całego obszaru, tylko z obszaru zubożonego, wskutek unoszenia w polu elektrycznym

18 a-si:h Zatem: Obszar zubożony powinien być gruby (1µm), żeby zaabsorbował możliwie dużo światła. To wymaga małej gęstości stanów (nie więcej niż /ev cm 3 ) Mimo 30 lat badań minimalna gęstość stanów w przerwie energetycznej wynosi właśnie tyle: około /ev cm 3 35 a-si:h Amorficzny krzem wytwarza się metodą PECVD (nanosi się warstwę np. na szkło). Główną wadą amorficznego krzemu jest to, że jest niestabilny. Zmienia się w czasie; Zmienia się pod wpływem oświetlenia i prądu; 36 18

19 SELENKI I TELLURKI CU, IN,. 37 Selenki i tellurki Szerokość przerwy energetycznej CuInSe 2 wynosi 1 ev. Taka przerwa jest o 0.5 ev mniejsza niż optymalna. Dodatek Ga zwiększa szerokość przerwy do 1.2 ev, co zwiększa wydajność o 15% Source: Dünnschicht-Solarzellen 38 19

20 CIGS CIGS jest to roztwór stały CuInSe2 i CuGaSe2. Półprzewodnik o prostej przerwie energetycznej, warstwa o grubości 1-2 μm absorbuje 90-95% światła padającego; Rekordowa efektywność: 19.9% Zaleta: możliwa jest stopniowa zmiana przerwy energetycznej dzięki sterowaniu ciśnieniem par w czasie nanoszenia warstw półprzewodnika. Porównanie Si - CIGS Krystaliczne Si Przerwa energetyczna 1.1 ev Homozłącze Tylna elektroda p+/metal przednia elektroda n+/metalowe paski Warstwa antyodbiciowa Góra: szkło Dół: kevlar CIGS Przerwa energetyczna ev Heterozłącze Tylna elektroda metal przednia elektroda domieszkowany ZnO Nie ma warstwy antyodbiciowej Góra: szkło Dół: szkło 20

21 CdTe Duże problemy technologiczne, trudny do wytworzenia w sposób powtarzalny, ale obecnie jest to najtańsza technologia ORGANICZNE KOMÓRKI FOTOELEKTRYCZNE 42 21

22 Materiały Półprzewodzące polimery Przewodzące małe molekuły barwniki fullereny Ciekłe kryształy Common OPV materials Source: A. Meyer, S. Scully et al. Polymer Based Solar Cells (2007) 43 Przewodzące polimery Przewodzące polimery mają najczęściej przerwę energetyczną ev, czyli odpowiednią do wykorzystania w urządzeniach fotoelektrycznych. Zjawisko fotoelektryczne jest w nich bardziej skomplikowane niż w półprzewodnikach nieorganicznych

23 Zasada działania 1. Padający foton powoduje powstanie pary elektron-dziura. Jest to jednak para związana: ekscyton 2. Ekscyton dysocjuje na elektron i dziurę w pobliżu granicy między materiałami 3. Dziury są zbierane na elektrodzie o wyższej pracy wyjścia (ITO), a elektrony na elektrodzie o mniejszej pracy wyjścia (aluminium). 45 Zalety ogniw organicznych Proste metody wytwarzania warstw (spin coating, printing itd. ) Tanie; Lekkie; Giętkie, przezroczyste; Łatwe kontrolowanie przerwy energetycznej

24 Ultracienkie ogniwa organiczne (IV 2012) Ultrathin OPV highlights Cells approximately 1.9 microns thick 4.3 per cent power conversion efficiency Able to generate 10 watts per gram Unaffected by extreme mechanical deformations can be squashed, wrinkled, deformed and stretched up to 400 per cent tensile strain 47 Ultracienkie ogniwa organiczne 48 24

25 PODWÓJNE KOMÓRKI FOTOELEKTRYCZNE 49 Podwójne komórki fotoelektryczne Source: National Renewable Energy Laboratory Różne materiały półprzewodnikowe ułożone jeden nad drugim zmniejszają straty energii padającego promieniowania. Komórki ustawione są w kolejności malejącej przerwy energetycznej

26 Podwójne komórki fotoelektryczne Maksymalna, przewidziana efektywność komórki wzrasta odpowiednio do 50%, 56%, i 72% dla układów 2, 3, i 36 złącz ze zoptymalizowanymi przerwami energetycznymi. Dla podwójnej komórki optymale przerwy energetyczne to 1.7 ev i 1.1 ev. Zbudowana prawdziwa tandemowa komórka (Ga0.5In0.5P i GaAs: 1.85/1.43 ev) ma efektywność 30%. Niedawne odkrycie, że In1-xGaxN ma przerwę energetyczną od 0.7 ev do 3.4 ev pozwoli na zbudowanie bardzo efektywnej komórki. 51 Światło o większej intensywności pada na powierzchnię komórki dzięki układowi soczewek i zwierciadeł skupiających światło. SKUPIANIE ŚWIATŁA 52 26

27 Skupianie światła Umieszczenie soczewek lub zwierciadeł, tak aby odpowiednio skupiały światło nie jest specjalnie drogie. Problemem jest, natomiast, wydzielające się ciepło. 53 Skupianie światła inaczej Spin Cell panele słoneczne (trójkątne) są umieszczone na obracającym się stożkowym szkielecie. Całość jest również pokryta koncentratorami światła. Dzięki obrotowi, każda komórka nagrzewa się tylko przez chwilę, po czym może się ochłodzić Phys.org 54 27

28 Kolejny pomysł Komórka aktywowana barwnikiem komórka Grätzela, należąca do grupy komórek cienkowarstwowych. Z drugiej strony komórkę tego typu zalicza się do grupy komórek fotoelektrochemicznych. 55 Fotoelektryczna komórka elektrochemiczna KOMÓRKI GRÄTZELA 56 28

29 Komórki Grätzela jedna elektroda jest pokryta tlenkiem tytanu z dodatkiem barwnika, a druga metaliczna (szkło pokryte platyną). pomiędzy: elektrolit TiO 2 absorbuje w zakresie ultrafioleu. Możliwe jest jednak chemiczne związanie cząsteczki barwnika z TiO 2. Barwnik absorbuje w zakresie widzialnym. Światło wzbudza elektron w barwniku. Jeśli elektron ten ma energię wyższą niż dno pasma przewodnictwa w TiO 2, to może on przejść do tego pasma i uczestniczyć w procesie przewodzenia. 57 Komórki Grätzela: działanie Światło padając na komórkę wzbudza elektron w barwniku; Elektron w warstwie TiO 2 wędruje do elektrody; Jednocześnie przy drugiej elektrodzie elektron jest przekazywany cząsteczce elektrolitu; Jon elektrolitu wędruje do elektrody; Po dojściu do elektrody przekazuje elektron barwnikowi; Itd. Itd

30 Komórka Grätzela: materiały Największą wydajność fotokonwersji uzyskano, stosując nanoporowate anody TiO2 o dużej powierzchni właściwej, pokryte warstwą barwnika organicznego, np. kompleksów rutenu. Elektrolit: np. LiI(C2H5OH)4 I2, lub inny roztwór soli jodu i jodu. Organometaliczny barwnik: kompleks rutenu Porównanie komórek Technology Efficiency [%] c-si HIT Heterojunction with Intrinsic Thin Layer TF Si (stabilised) CIS CdTe DSC Polymer Record cell 24.7 Mono 19.8 Multi Single 12.4 Tandem 13.4 Triple unstable Record module 22.7 Mono 15.3 Multi? 10.4 Triple Commercial module not available Cost reduction Limited Limited ? 30

31 Jak komórka fotoelektryczna staje się panelem: 61 Baterie fotoelektryczne mogą być używane prawie wszędzie Space application Terrestrial application Bulk c-si Thin Films GaAs η~24 % c-si η~12 % η~18 % Mono c- Si η ~ 15-17% Multi c-si η ~ 13-15% CIGS η lab ~ 19% η ind ~ 12% CdTe η lab ~ 16% η ind ~ 9% Poly c-si η lab ~ 16% η ind ~ 9% TF Si a-si:h η lab ~ 13% η ind ~ 9% Organic η lab ~ 11% GaAs (Gallium Arsenide) CIGS (Copper Indium Gallium Diselenide) CdTe (Cadmium Telluride) a-si:h (Hydrogenated amorphous silicon) 31

32 Baterie fotoelektryczne: ekonomia Moc baterii fotoelektrycznych zainstalowanych na świecie: około 800 MW Czas, po jakim zwróci się inwestycja: około 25 lat. 63 Największe elektrownie słoneczne Huanghe Hydropower Golmud Solar Park (China, 200 MW) - Perovo Solar Park (Ukraine, 100 MW), - Sarnia PV Power Plant (Canada, 97 MW) - Montalto di Castro PV Power Station (Italy, 84.2 MW) - Senftenberg Solarpark (Germany, 82 MW) - Finsterwalde Solar Park (Germany, 80.7 MW) - Okhotnykovo Solar Park (Ukraine, 80 MW) (completed in 2010 and 2011) 32

33 Elektrownie w budowie - Ordos Solar Project (China, 2000 MW Barmer, Bikaner, Jaisalmer and Jodhpur Solar Projects (India, 1000 MW each) Calico Solar Energy Project (USA, 563 MW) Topaz Solar Farm (USA, 550 MW) OGNIWO FOTOWOLTAICZNE

34 Ogniwo na kropkach kwantowych Naukowcy z Uniwersytetu w Toronto i KAUST w Arabii Saudyjskiej zbudowali ogniwo na warstwie koloidalnych kropek kwantowych o rekordowej efektywności ( w tej grupie ogniw) 7%. Physics World August Ogniwo na kropkach kwantowych Kropki kwantowe to cząstki półprzewodnika o rozmiarze kilku nanometrów. Koloidalne kropki kwantowe można wytwarzać w roztworze, co oznacza, że warstwę kropek można nanieść szybko i tanio na różne elastyczne lub sztywne podłoża jak atrament lub farbę. Physics World August

35 Ogniwo na kropkach kwantowych Zaleta kropek kwantowych polega na tym, że można poprzez zmianę rozmiaru kontrolować szerokość przerwy energetycznej. Physics World August Ogniwo na kropkach kwantowych Wadą kropek kwantowych jest duży stosunek powierzchni do objętości, co oznacza duże prawdopodobieństwo rekombinacji par elektrondziura. W powyższym rozwiązaniu skuteczną pasywację powierzchni przeprowadzono nanosząc roztwór chlorków na powierzchnię warstwy kropek natychmiast po jej wytworzeniu. Physics World August

36 Który rodzaj ogniw fotowoltaicznych zwycięży? PODSUMOWANIE 71 Dlaczego wciąż zwycięża krzem? Potencjalnie możliwa duża efektywność Krzem jest łatwo dostępnym pierwiastkiem; Materiały mało toksyczne; Technologia jest znana i powszechna; Szeroka wiedza o krzemie. 36

37 Energia termiczna jest wyłapywana przez kolektor. Krążący płyn transportuje energię cieplną do zbiornika. Zbiornik ogrzewa wodę. KOLEKTORY ENERGII SŁONECZNEJ 73 Materiały Główną częścią kolektora jest absorber, zbudowany z wąskich metalowych pasków. Typowo, absorbery zrobione są z miedzi i aluminium. Absorbery są czarne (absorpcja = ponad 90%. Mogą to być farby, ale lepsze właściwości mają galwanicznie nanoszone warstwy: czarnego chromu, niklu, tlenku aluminium z niklem. Nowość: azotek tytanu

38 Elektrownia słoneczno-cieplna Centralna wieża jest otoczona zwierciadłami; - Zwierciadła koncentrują energię na centralnej wieży, która absorbuje ciepło; - temperatura cieczy absorbującej ciepło może sięgać o C. - płyn ogrzewa wodę napędzającą turbinę parowa. Elektrownia słoneczno-cieplna 38

39 Elektrownia Solucar PS10 w Hiszpanii Wieża ma 115 m, mieści oprócz absorbera ciepła również turbinę parową. 624 ruchomych zwierciadeł o powierzchni 120 m 2 każde; 11 MW mocy E C E G E V dziura DETEKTORY: PODSTAWY 39

40 Parametry fotodetektora Czułość: Stosunek natężenia prądu do natężenia oświetlenia. Wydajność kwantowa: Stosunek liczby par elektron-dziura do ilości padających fotonów. Czas odpowiedzi: czas pomiędzy oświetleniem a powstaniem sygnału elektrycznego. 79 Typy detektorów Fotorezystory, fotodiody, fototranzystory, fotocokolwiek Zadaniem detektora jest przetwarzanie sygnału optycznego na elektryczny lub inny mierzalny w jakikolwiek sposób. Stosowane są m in. w komunikacji światłowodowej

41 Fotorezystory Foton padając na półprzewodnik generuje parę elektron-dziura. Wskutek tego, zwiększa się ilość swobodnych nośników ładunku w półprzewodniku i maleje jego opór. Zmiana oporu może być bardzo duża: od setek kiloomów w stanie nieoświetlonym do stu omów w świetle słonecznym. 81 Fotorezystory Najczęściej są to cienkie warstwy poli- lub monokrystalicznego półprzewodnika. Najpowszechniejsze są to warstwy CdS, który jest czuły na światło w zakresie widzialnym

42 Fotorezystory Fotorezystory CdS stosowane są praktycznie wszędzie: w światłomierzach, alarmach, światłach ulicznych. 83 Fotorezystory Inne materiały to PbS, PbSe i PbTe. Z tym, że są one czułe na promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie podczerwieni. Jeszcze inne materiały: Ge:Cu. Są one najlepszymi (i najdroższymi) detektorami w dalekiej podczerwieni. Są stosowane w astronomii i spektroskopii

43 Fotodioda Złącze pn, spolaryzowane zaporowo; Światło zaabsorbowane generuje parę elektron-dziura; Płynie prąd. Charakterystyka prądowo napięciowa fotodiody

44 Fotodiody Istnieją różne rodzaje tych urządzeń. Główne, to: Fotodiody typu pin (złącze p-obszar samoistny-n) Celem takiej konfiguracji diody jest zmniejszenie niekorzystnej rekombinacji (jeżeli elektron i dziura zrekombinują zanim dotrą do elektrod, to prąd fotodiody nie wzrośnie). Fotodiody lawinowe; Padający foton generuje parę elektron-dziura. Elektrony i dziury przyspieszane są w polu elektrycznym. Zderzają się z neutralnymi atomami wzbudzając kolejne elektrony (elektrony wtórne) 87 Materiały: Materiały i technologia Si w zakresie do 0.8 µm; Ge do 1.8µm; Inne półprzewodniki; Złącza metal- półprzewodnik; Heterozłącza

45 Naturalne fotodetektory Nigel Sim i in. z Agency for Science Technology and Research zbudowali i zbadali fotodetektor wykorzystujący komórki fotoreceptora żaby. Phys. Rev. Lett. 109, (2012) 89 Naturalne fotodetektory Receptory żaby zliczają pojedyncze fotony. Komórki mają długość około 50 μm i średnicę 5 μm. Zewnętrzny segment każdej komórki zawiera fotopigment (rhodosin). Rodozyna z ciemności przewodzi jony sodu,potasu i wapnia. Absorpcja fotonu powoduje serię reakcji chemicznych,które blokują transport jonów. To powoduje polaryzację elektryczną komórki która stanowi sygnał elektryczny dla komórek nerwowych