Aykırı fotovoltaik etki

Aykırı fotovoltaik etki yarı iletkenler ve iletkenler de meydana gelen bir fotovoltaik etkidir. Aykırı kelimesi fotovoltajın (yani ışığın sebep olduğu açık devre voltajında) ilgili yarı iletkende bant boşluğundan büyük olduğu durumları ifade eder. Bazı durumlarda voltaj binlerce volta ulaşabilmektedir.

Neyazık ki voltaj olağan dışı bir şekilde yüksek olmasına rağmen kısa devre akımı olağan dışı şekilde düşüktür. Genel olarak, aykırı fotovoltaik etkinin ortaya koyduğu maddeler çok düşük güçte üretim verimliliğine sahiplerdir ve asla pratik güç üretim sistemlerinde kullanılmazlar.

Aykırı fotovoltaik etkinin ulaşabileceği birçok durum vardır.

İlki, polikristalin materyallerde her mikroskopik tanecik bir fotovoltaikmiş gibi davranabilir. Ondan sonra büyük olan, potansiyel olarak bant aralığından çok daha büyük olan tüm açık devre voltajları mikroskopik tanecikler seri olarak eklenirler.

İkincisi, benzer bir şekilde belirli ferroelektrik materyaller her alanın bir fotovoltaik gibi davrandığı ve her alan duvarının bir komşu fotovoltaikle iletişim kurar gibi davrandığı (ya da tam tersi) paralel ferroelektrik alanlardan oluşan şeritler geliştirebilir. Kısaca, tüm açık devre voltajının büyük olması amacıyla alanlar seri olarak eklenirler.

Üçüncüsü, sentrosimetrik bir yapısı olmayan mükemmel bir kristal parçası dev bir fotovoltaj geliştirebilir. Bu özel olarak bulk fotovoltaik etkisi olarak isimlendirilir ve sentrosimetrik olmayan yapısı sebebiyle meydana gelmektedir. Özellikle elektron süreçleri (foto-uyarma, saçılma ve rahatlama) bir yönden karşı bir yöne elektron hareketi için farklı olasılıklar ile birlikte oluşabilmektedir.

Bu etki 1946 yılında Starkiewicz ve diğerleri tarafından PbS filmlerinin üzerinde keşfedildi ve sonradan amorfus silikon filmler üzerinde ve nanokristal silikon filmlerde olduğu kadar CdTe, Silikon, Germanyum, ZnTe ve InP gibi diğer yarı iletken polikristal filmler üzerinde gözlemlendi.

Gözlemlenen fotovoltajların yüzleri gördüğü oldu ve bazı durumlarda binlerce volta kadar ulaşılabildi. Bu etkinin gözlemlendiği filmler genellikle ısılıtmış yalıtkan bir alttabakanın üzerine vakum buharlaştırma ile biriktirilmiş, bu buharların yönüne göre bir açıyla konumlanan ince yarı iletken filmlerdir. Ancak fotovoltajın hazırlanan bazı örneklerinde özel durumlar ve süreçlerde çok hassas olduğu keşfedildi. Bu da tekrarlanabilir sonuçlar elde edilmesini oldukça zorlaştırıyordu ve muhtemelen bu güne kadar tatmin edici bir modelin ortaya çıkmamasının sebebi de budur. Ancak bazı özel modeller olağanüstü fenomenler öneriyordu ve onlar aşağıda kısaca özetlenmektedir.

Eğik biriktirme filmlerde birçok asimetrik temellere sebep olabilmektedir. Aykırı fotovoltaik etkiyi açıklamak için atılan ilk adımlar arasından birkaçı filmi uzunluğu boyunca örnek kalınlığının değişimi ya da homojen olmayan bir dağılım sergileyen elektron tuzakları gibi düşünerek tek bir unsur olarak görüyordu. Ancak genellikle net fotovoltaja katkı sağlayan mikroelement serileriyle sonuçlanan etkiyi açıklayan bu modeli kabul eden çalışmalar da yok değildi. Fotovoltajı açıklamak için kullanılan daha popüler bir model aşağıda özetlenmiştir.

Fotojenere elektronlar ve delikler farklı hareketliliğe sahip olduğunda bir yalı iletken lavhanın ışıklı ve ışıklı olmayan yüzleri arasında bir potansiyel fark yaratılmış olur. Bu potansiyel fark bir yığın yarı iletkenmi ya da bir polikristal film mi olduğuna göre genellikle levhanın derinliklerine doğru oluşur. İkinci olarak, bu durumlar arasındaki fark bir fotovoltajın her bir mikrokristalinin içinde oluşturulabilmesidir. Yukarıda da bahsedildiği üzere eğik biriktirme süreci eğik kristallerin bir yüzününün diğerlerine nazaran daha fazla ışığı absorbe etmesine sebep olmaktadır. Bu durum da bir fotovoltajın derinliği kadar film boyunca üretilebilmesini olanaklı kılar. Yüzeydeki kristalitlerde bulunan taşıyıcıların transferinin farklı özelliklerdeki belirlenemeyen bazı katman özelliklerince engellendiği varsayılır. Böylece ardışık Dember voltajının etkileri engellenmiş olur. Parlamanın yönünden bağımsız olan PV'nin polaritesini hesaplamak için bir kristalitin zıt yüzlerindeki yeniden oluşum oranının çok büyük olduğunu varsaymamız gerekir ki bu da bu modelin zayıflıklarından biridir.

Bu model kristalit bir materyal hem kübik hem de heksagonal yapıdaysa asimetrik bir engelin iki yapı arasındaki ara yüzeyde bulunan bir kalıcı dipol katmanı tarafından oluşturulduğunu önerir.