---------------------------    FOTOVOLTAIKA     ---------------------------   Polovodiče
	Ruský chemik Dmitrij Ivanovič Mendělejev (1834 - 1907) byl profesorem na univerzitě v Petrohradě. Na jaře roku 1869 publikoval svůj periodický zákon, ve kterém seřadil všechny v té době známé prvky podle jejich atomové hmotnosti. A nejenom to - na základě tohoto zákona předpověděl existenci a základní vlastnosti dalších chemických prvků. Jedním z předpovězených prvků mělo být eka-silicium (tedy obdoba křemíku Si). Roku 1886 prvek těchto vlastností skutečně objevil Clemens A. Winkler a nazval germánium (Ge). Mendělejevův periodický systém slavil úspěch a sám Mendělejev se dočkal významných ocenění. Dnes patří Mendělejevova periodická tabulka prvků k základní abecedě chemie.   Z hlediska vedení elektrického proudu se látky dělí do tří skupin: Vodiče ve své struktuře obsahují volné elektrické náboje, které zprostředkují vedení proudu. Nejběžnějšími vodiči jsou kovy, obsahující obrovské množství volných elektronů. Nevodiče neboli izolanty neobsahují prakticky žádné volné náboje a proto elektrický proud nevedou. Typickými izolanty jsou např. plasty nebo sklo. Polovodiče jsou látky, které se za určitých podmínek chovají jako izolanty, ale při změně těchto podmínek se mohou chovat spíše jako vodiče a elektrický proud jimi může procházet.   K nejběžnějším polovodičům patří křemík Si (objevil ho v roce 1824 Jons J. Berzelius) a germánium Ge (objevené C. Winklerem roku 1886). Až do 40. let minulého století neměly polovodiče širšího využití, elektronické přístroje tehdy používaly výhradně vákuové elektronky. Změna nastala teprve s vynálezem radaru během 2. světové války a konstrukcí prvního tranzistoru v roce 1947. Dnes patří polovodičové součástky (diody, tranzistory, integrované obvody nebo mikroprocesory) k základním stavebním prvkům všech elektronických přístrojů a zařízení.   I když mohou polovodiče více či méně vést elektrický proud, jejich vlastnosti se výrazně liší například od kovových vodičů: Kovové vodiče: mají malý měrný odpor elektrický proud vedou pouze volné elektrony v krystalové mřížce je velký počet volných elektronů při zahřátí se zvětšuje jejich odpor osvětlení nemá vliv na jejich vodivost příměsi zvětšují jejich měrný odpor Polovodiče: mají mnohem větší měrný odpor proud vedou uvolněné elektrony a kladné "díry" počet uvolněných elektronů se může měnit změnou vnějších podmínek při zahřátí se zmenšuje jejich odpor při osvětlení se zmenšuje jejich odpor vhodné příměsi výrazně zmenšují jejich měrný odpor a mění typ vodivosti Zvláštní elektrické vlastnosti polovodičů jsou způsobeny stavbou jejich krystalové mřížky. Ukážeme si to na příkladu krystalové mřížky čtyřmocného křemíku se čtyřmi valenčními elektrony. Při nízké teplotě a ve tmě jsou valenční elektrony silně poutány k jádru a křemík proud nevede. Při zvýšení teploty nebo osvětlení se mohou některé valenční elektrony z krystalové mřížky uvolnit. Na místě uvolněného elektronu chybí záporný náboj a toto prázdné místo se nazývá "díra". Chybějící záporný náboj se navenek projeví jako náboj kladný. Na místo "díry" může přeskočit jiný uvolněný elektron a chybějící záporný náboj tak nahradit. Dojde k jevu, zvanému rekombinace. Původní kladná "díra" zanikne, ale objeví se na místě, odkud k ní elektron přeskočil. Navenek to vypadá, jakoby se v krystalové mřížce "díry" chaoticky stěhovaly z místa na místo. Pro vznik fotovoltaického jevu je rozhodující vznik volných elektronů a "děr" při osvětlení polovodiče. Při nízké teplotě a ve tmě nejsou v krystalové mřížce polovodiče volné elektrony   Zahřátím nebo osvětlením se z vazeb uvolňují elektrony a vznikají kladné "díry" Připojíme-li však k tomuto polovodiči vnější napětí, začnou se záporné elektrony přesouvat ke kladnému pólu a kladné díry k pólu zápornému. Dojde k usměrněnému pohybu nábojů, polovodičem začne procházet elektrický proud. Pokud v polovodiči vedou elektrický proud elektrony a "díry" vzniklé výše popsaným způsobem, hovoříme o vlastní vodivosti.   Polovodiče typu N a P Mnohem větší využití než čisté polovodiče však mají polovodiče, v jejichž krystalové mřížce je při výrobě umístěno nepatrné množství vhodných příměsi. Výběrem příměsi můžeme dosáhnout toho, aby v polovodiči byl elektrický proud veden buď volnými elektrony (elektronová vodivost, vodivost typu N), nebo "děrami" (děrová vodivost, vodivost typu P).     Vodivost typu N (negativní): V krystalu křemíku jsou některé atomy nahrazeny pětimocnými atomy, např. fosforu nebo arzenu. Jejich čtyři valenční elektrony se účastní vazeb, ale páté se již v chemických vazbách nemohou uplatnit. Jsou velmi slabě vázané a již při nízkých teplotách se z vazeb uvolní. Tyto volné elektrony způsobují po připojení zdroje elektronovou vodivost polovodiče typu N.   Vodivost typu P (pozitivní):: Zabudují-li se do krystalové mřížky křemíku atomy trojmocného prvku se třemi valenčními elektrony, např. india, chybí pro obsazení všech chemických vazeb elektrony. V místě nenasycené vazby vznikne "díra" s kladným nábojem. Tuto "díru" může zaplnit elektron z některé jiné vazby a "díra" se v krystalu přesune na jeho místo. Po připojení zdroje vznikne děrová vodivost polovodiče typu P. Přechod PN - polovodičová dioda Základem většiny polovodičových součástek (diod, tranzistorů, svítivých diod, mikroprocesorů, fotočlánků aj.) je tzv přechod PN. Jedná se o oblast styku dvou polovodičů s opačným typem vodivosti. Typickou vlastností přechodu PN je jeho usměrňovací účinek. V jednom směru jím proud může procházet, zatímco v opačném směru nikoli. Mohou nastat tři případy: Přechod PN není připojen ke zdroji napětí: - v oblasti přechodu PN přejde část volných elektronů z oblasti N do oblasti P a tam rekombinují s "děrami". V tomto prostoru se vytvoří oblast bez volných nábojů o šířce několika tisícin milimetru. Přechod PN v závěrném směru: - připojíme-li k polovodiči P záporný pól a k polovodiči N kladný pól zdroje, vzdalují se působením elektrických sil volné náboje od přechodu PN. Oblast bez volných nábojů se rozšíří, její odpor vzroste a elektrický proud přechodem PN nemůže procházet. Nevodivé oblasti bez volných nábojů říkáme hradlová vrstva. Přechod PN v propustném směru: - připojíme-li k polovodiči P kladný pól a k polovodiči N záporný pól zdroje, přecházejí působením elektrických sil volné elektrony přes přechod PN ke kladnému pólu a "díry" jsou přitahovány k zápornému pólu. Hradlová vrstva prakticky zanikne a její odpor se výrazně zmenší. Takto zapojeným přechodem PN proud prochází. Varianty zapojení polovodičové diody s přechodem PN (ukažte myší) 1. BEZ NAPĚTÍ 2. ZÁVĚRNÝ SMĚR 3. PROPUSTNÝ SMĚR Podstatou fotovoltaického jevu ve fotovoltaických článcích.je vznik volných elektronů a "děr" osvětlením přechodu PN. Tímto způsobem se světelná energie přímo přeměňuje na elektrickou energii. Podrobnostem o konstrukci a využití fotovoltaických článků jsou věnovány další části programu.
	3. kapitola Začátek článku Obsah