German Subtitles for PV1x_2017_3.2.1_Continuity_and_Ambipolar_Transport-video



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Es ist schwer, in einer Solarzelle Spur von Ladung zu halten.

Generation, Rekombination und räumliche Bewegung sind alle zur gleichen Zeit auftreten. Wie können wir den Überblick über all diese Prozesse halten? Nun, es kommt alles auf eine Gleichung: die ambipolare Transportgleichung, die wir im Detail in diesem Video diskutieren. Die ambipolare Transportgleichung in der Tat für die Ladungsträger in die Kontinuitätsgleichung Halbleiter.

Sowohl positive als auch negative Ladungsträger tragen, um den Strom in einem Halbleiter, damit der Name ambipolar Transport. In diesem Video werden wir zunächst die eindimensionale ambipolar Transportgleichung sichtbar zu machen, dann werden wir es auf ein Beispiel setzen unser Verständnis zu verbessern, und schließlich werden wir erweitern die Gleichung zu drei Dimensionen. In dieser Folie wird ein Volumenelement eines Halbleiters gezeigt, mit einer Seitenlänge von dx, dy und

dz. Die Transportgleichung ist im Wesentlichen eine Art und Weise der Buchhaltung von Ladungsträgern. In unserem täglichen Leben viele von uns sind vertraut mit Buchhaltung, also lassen Sie uns zuerst sehen, wie das funktioniert, indem ich ein Bankkonto suchen. Das Bankkonto kann selbst als das Volumenelement zu sehen. Geld kommt in wie Gehalt und Ausgehen als Aufwand.

Dieser Zustrom und Ausstrom von Geld ist das Bankkonto Äquivalent Ladungsträger fließt in den und aus dem Volumenelement. Wenn Sie es geschafft haben, eine gute Bankkonto haben, können Sie ein gewisses Interesse an Ihrem Gleichgewicht erhalten, mit anderen Worten wird, Geld erzeugt. Dieser Zinssatz kann in einem Halbleiter zur Erzeugung verglichen werden. Und schließlich kostet die Bankgebühren auf das Konto für die Verwendung.

Die Tatsache, dass Sie ein Bankkonto kostet Geld, und dies gleicht Rekombination in das Volumenelement. Lassen Sie uns jetzt an die ambipolare Transportgleichung drehen. In diesem Vortrag werden wir diese Gleichung mathematisch nicht ableiten, aber wir werden conceptualize Verwendung des Volumenelements früher gezeigt. Die ambipolare Transportgleichung wird durch die folgende Beziehung gegeben.

Diese Gleichung bezieht sich alle möglichen Ladungstransportprozesse im Volumenelement die Zeitratenänderung der Trägerkonzentration. Ladung fließt in und aus diesem Volumenelement durch Drift und Diffusion. Innerhalb dieses Volumenelement Ladung erzeugt wird. Und Ladung rekombiniert auch. Diese ziemlich komplexe Formel in der Solarenergie Buch abgeleitet und für weitere Informationen

Ich verweise Sie auf Kapitel 6.5 des Buches. Das gleiche kann für die Ableitung Löcher angewendet werden, was zu mehr oder weniger dieselbe Gleichung, außer, dass die Driftterm ist jetzt negativ. Dies ist wegen der entgegengesetzten Effekt des elektrischen Feldes auf positiv geladenen Löcher hat, im Vergleich zu negativ geladenen Elektronen. Wir werden nun ein Beispiel an.

Man stelle sich eine Bramme aus n-Typ-Material mit der Länge ‚L‘. Wir beleuchten das Material mit einer gleichmäßigen Ausleuchtung, aber Schatten Hälfte davon. Dies führt zu einer gleichmäßigen Erzeugung in der linken Hälfte des Materials und keine Generation in der rechten Hälfte. Aus Gründen der Einfachheit halber nehmen wir eine unendliche Ladungsträgerlebensdauer, die zu keiner Rekombination führt. Natürlich ist es nicht realistisch, um die Lebensdauer zu übernehmen unendlich zu sein, aber es ermöglicht

uns die Anwendung der ambipolare Transportgleichung zu verstehen, in der detaillierten ohne einzutauchen Mathe. In diesem Beispiel gehen wir davon aus, dass die elektrische Feldstärke Null ist. Und schließlich nehmen wir die überschüssige Ladungsträgerkonzentration an den Grenzen der gleich Null zu sein Platte, die an der Grenzfläche zwischen einem Metall und Halbleiter häufig die Situation ist. Wir beginnen mit dem beleuchteten Teil.

Da es kein elektrisches Feld ist, sollten Sie keine Rekombination, und wir einen statischen oder stationären Zustand Situation, wir können mehrere Begriffe aus der ambipolare Transportgleichung, wodurch diese auf die folgende entfernen Differentialgleichung. Wenn wir diese Differentialgleichung lösen, so erhält man die folgende Gleichung, wobei ‚C_1‘ und ‚C_2‘ sind Integrationskonstanten. Wir tun das gleiche für den schattierten Teil.

Erstes Entfernen mehr Begriffe aus der ambipolare Transportgleichung, dann das Differentials Lösung Gleichung zu der folgenden Gleichung führt. Hier C_3 'und ‚C_4‘ sind auch Integrationskonstanten. Wir haben nun zwei Gleichungen mit vier unbekannten Konstanten. Um dies zu lösen wir brauchen vier Randbedingungen. Es es gegeben, daß die Überschußladungsträgerkonzentration auf Null an den Rändern des Materials gleich ist,

und somit ergeben sich zwei Randbedingungen. Aber ein wichtiger Schritt ist die Grenze zwischen dem beleuchteten und dem schraffierten Teil zu berücksichtigen. An dieser Grenze muss die Ladungsträgerkonzentration kontinuierlich sein. Dies bedeutet, daß die Überschußladungsträgerkonzentration des Grenz links muss, um gleich die Ladungsträgerkonzentration rechts von der Grenze. Und wegen der Kontinuität, der Raumes Ableitung der Ladungsträgerkonzentration auf beiden Seiten

die Grenze muß auch gleich sein. Jetzt haben wir vier Randbedingungen, und wir können die beiden Gleichungen lösen. Dies wird für den Betrachter als Übung, halten Sie das Video jetzt zu versuchen, es zu trainieren selbst als ich Ihnen die endgültige Lösung nach dieser kurzen Pause zeigt. Nun, da wir die endgültige Lösung haben, können wir sie analysieren weiter durch Plotten, was in der folgenden Grafik.

Wir sehen, dass die überschüssige Ladungsträgerkonzentration ist in der Tat Null an den Rändern. Und an der Schnittstelle zwischen Beleuchtung und Schattierung, sehen wir, dass sowohl der Wert und Steigung der Ladungsträgerkonzentration kontinuierlich ist. Die Trägerkonzentrationsspitzen im beleuchteten Teil, der wie erwartet ist, da dies das ist Teil, wo Ladung erzeugt wird. Es zeigt auch eine parabolische Verhalten.

Im schattigen Teil ist, nur Diffusion vorhanden, in einem linearen Verhalten. Nun, da wir durch ein Beispiel in einer Dimension gegangen sind, können wir die ambipolar erweitern Transportgleichungen zu drei Dimensionen. Beginnen wir mit der Gleichung für Elektronen beginnen. Die einzigen Bedingungen, die an die Abmessungen des Kontrollvolumens bezogen werden, sind die Diffusion und driften Begriffe, die eine Abhängigkeit von ‚x‘ zeigen.

Wenn wir diese Begriffe auf drei Dimensionen erweitern, erhalten wir die folgende Beziehung. Es ist das Kreuzprodukt des Nabla Operators und der Stromdichtevektor ‚J_n‘, durch die Ladung ‚q‘ unterteilt. Für Löcher wird eine ähnliche Gleichung erhalten. Der einzige Unterschied ist die Ladung, was wiederum zu einem Minuszeichen. Nun zusammenzufassen, haben wir die eindimensionale ambipolare Transportgleichung visualisiert, wandte sie auf

Ein Beispiel eines n-Typ-Material, und schließlich die Gleichung auf drei Dimensionen erweitert. Mit dieser Gleichung zur Verfügung, können wir viele Halbleiterphysik Probleme lösen, und Design besser Solarzellen.



Video Description

PV1x_2017_2.5.4_Continuity_and_Ambipolar_Transport-video.mp4