Pažengęs lygis

Pažengęs lygis gilina ryšį tarp fotonų absorbcijos ir elektros srovės tekėjimo per išorines grandines. Mokiniai stebi, kaip šviesos energija paverčiama atskirtais krūviais P-N sandūroje ir kaip šie krūvio nešėjai sklinda per puslaidininkį ir metalinius kontaktus, kad perduotų galią.

Norint suprasti įvykių seką, pristatoma juostų lenkimo sąvoka P-N sandūroje: kai N tipo ir P tipo sritys susiliečia, elektronai difuzuoja iš N į P, o skylės – iš P į N, kol pasiekiama pusiausvyra. Taip susidaro išsekimo sritis, kurioje nėra judrių nešėjų, su fiksuotais teigiamais krūviais N pusėje ir fiksuotais neigiamais krūviais P pusėje. Susidaręs elektrinis laukas (~10⁵ V/cm) yra pakankamai stiprus, kad atskirtų foto-generuotus elektronų-skylės poras prieš joms rekombinuojant.

Krūvio nešėjų judėjimas ir elektros srovės generavimas iliustruojamas Papildytos realybės simuliacija, sukurta naudojant Delightex Studio – Spaces (Marker):
https://edu.delightex.com/Studio/Spaces

Naudodami mobiliuosius įrenginius, mokiniai tyrinėja trimatį saulės elemento modelį:

  1. Stebėti fotonus, smingančius į paviršių ir prasiskverbiančius į puslaidininkį
  2. Vizualizuoti elektronų-skylės porų generaciją, kai fotono energija viršija juostų tarpą
  3. Sekti elektronus, kuriuos sandūros laukas nukreipia į N sluoksnį, o skyles – į P sluoksnį
  4. Matyti elektronų tekėjimą per išorinę grandinę (laidą, apkrovą, grįžimo kelią)
  5. Sekti visą srovės ciklą nuo generacijos iki apkrovos ir atgal

Veiklos metu siūlomi vedantys klausimai:
– Kurioje elemento vietoje šviesa virsta atskirtais elektros krūviais?
P-N sandūroje, kur įgimtas elektrinis laukas atskiria foto-generuotus elektronus ir skyles prieš joms rekombinuojant.

– Kodėl srovė teka per išorinę grandinę, kai elementas apšviestas?
Nes sandūra nuolat generuoja įtampos skirtumą (fotoįtampą) tarp N ir P pusių, verčiantį elektronus tekėti per grandinę, kad sumažintų potencialų skirtumą.

– Kaip saulės elementas gamina energiją nevartodamas kuro ar judančių dalių?
Tiesiogiai konvertuodamas fotonų energiją į krūvio atskyrimą per kvantinę absorbciją, o tada išgaud