كان السليكون المتبلور مادة أشباه الموصلات المستخدمة في الأجهزة الكهروضوئية الناجحة الأولى ولا تزال أكثر المواد الكهروضوئية استخدامًا اليوم. في حين أن غيرها المواد الكهروضوئية والتصميمات تستغل التأثير الكهروضوئي بطرق مختلفة قليلاً ، وفهم كيفية عمل التأثير في السيليكون البلوري يمنحنا فهمًا أساسيًا لكيفية عمله في جميع الأجهزة.
تتكون كل المادة من ذرات ، والتي تتكون بدورها من بروتونات موجبة الشحنة وإلكترونات ذات شحنة سالبة ونيوترونات محايدة. تشكل البروتونات والنيوترونات ، وهي متساوية في الحجم تقريبًا ، "النواة" المركزية المعبأة بالذرة للذرة. هذا هو المكان الذي توجد فيه كتلة الذرة تقريبًا. في غضون ذلك ، تدور الإلكترونات الأخف بكثير حول النواة بسرعات عالية جدًا. على الرغم من أن الذرة مبنية من جسيمات مشحونة بشكل معاكس ، إلا أن شحنتها الإجمالية محايدة لأنها تحتوي على عدد متساو من البروتونات الموجبة والإلكترونات السالبة.
الأربعة إلكترونات أن النواة في المدار الخارجي أو مستوى طاقة "التكافؤ" تُعطى للذرات الأخرى أو تقبلها أو تتقاسمها معها. تدور الإلكترونات حول النواة على مسافات مختلفة ويتم تحديد ذلك من خلال مستوى طاقتها. على سبيل المثال ، يدور إلكترون ذو طاقة أقل بالقرب من النواة ، بينما يدور أحدهما بطاقة أكبر. الإلكترونات هي الأبعد عن النواة التي تتفاعل مع تلك الذرات المجاورة لتحديد طريقة تكوين الهياكل الصلبة.
على الرغم من أن ذرة السليكون تحتوي على 14 إلكترونًا ، إلا أن ترتيبها المداري الطبيعي يسمح فقط بإعطاء الذرات الأربع الخارجية أو قبولها أو مشاركتها مع ذرات أخرى. تسمى هذه الإلكترونات الأربعة الخارجية إلكترونات "التكافؤ" وتلعب دورًا مهمًا للغاية في إنتاج التأثير الكهروضوئي. إذن ما هو التأثير الكهروضوئي أو PV؟ التأثير الكهروضوئي هو العملية الفيزيائية الأساسية التي تقوم من خلالها الخلية الكهروضوئية بتحويل الطاقة من الشمس إلى كهرباء قابلة للاستخدام. يتكون ضوء الشمس نفسه من الفوتونات أو جزيئات الطاقة الشمسية. وتحتوي هذه الفوتونات على كميات مختلفة من الطاقة التي تتوافق مع الأطوال الموجية المختلفة للطيف الشمسي.
عندما يكون السيليكون في شكله البلوري يكون تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء يمكنك أخذ مكان. يمكن أن تلتصق أعداد كبيرة من ذرات السيليكون معًا لتكوين بلورة من خلال إلكترونات التكافؤ الخاصة بها. في مادة صلبة متبلرة ، تشترك كل ذرة سليكون عادة في أحد إلكترونات التكافؤ الأربعة في رابطة "تساهمية" مع كل ذرة من ذرات السليكون الأربعة المجاورة.
ثم تتكون المادة الصلبة من وحدات أساسية من خمس ذرات سيليكون: الذرة الأصلية بالإضافة إلى الذرات الأربع الأخرى التي تشترك معها إلكترونات التكافؤ. في الوحدة الأساسية من مادة السيليكون البلورية الصلبة ، تشترك ذرة السيليكون في كل من إلكترونات التكافؤ الأربعة مع كل من الذرات الأربعة المجاورة. تتكون بلورة السيليكون الصلبة من سلسلة منتظمة من الوحدات المكونة من خمس ذرات سيليكون. يُعرف هذا الترتيب المنتظم والثابت لذرات السيليكون باسم "الشبكة البلورية".