الکتروتکنیک و مهندسی برق

بعد از اینکه پلانک فرمول اساسی خود را در مورد تابش جسم سیاه ارائه داد و چنین استدلال نمود که تابش دارای طبیعت کوانتومی‌ است، یعنی تابش الکترومغناطیسی از مجموعه‌ای از کوانتوم های انرژی به نام فوتون تشکیل شده است و تحول شگرفی در علم فیزیک حاصل شد ،  به طوری که با استفاده از این مفهوم اندرکنش های مختلف تابش با ماده که نظریه کلاسیک در توجیه آن ها ناتوان بود، به طور کامل تشریح گردید. از جمله این اندرکنش ها ، اندرکنشی است که به نام فتوالکتریک معروف است.

اگر یک صفحه فلزی را تحت تابش امواج پر انرژی قرار دهیم، پرتو کاتدی و یا الکترون های شتابدار از صفحه فلزی منتشر می‌شود. و همچنین اگر بین دو صفحه فلزی اختلاف پتانسیل الکتریکی بسیار زیادی ایجاد کنیم، الکترون های لایه ظرفیت اتم های فلز ، انرژی زیادی دریافت می‌کنند و در نتیجه سطح فلز را ترک می‌کنند و به سمت آند پیش می‌روند. در این عمل چون هم نور و الکتریسیته دخالت دارند به این پدیده ، اثر فتو الکتریک می‌گویند. در واقع تمام مواد (جامد ، مایع و گاز) می‌توانند در شرایط خاصی تحت تأثیر اثر فوتوالکتریک ، پرتو کاتدی از خود گسیل کنند، گاهی به پرتو کاتدی ، فتوالکترون نیز می‌گویند.

هر کوانتوم نور (فوتون) دارای انرژی hv است ک. (υ = C/λ) که در آن C سرعت نور و λ طول موج نور است. چنانچه انرژی فوتون بیشتر از گاف انرژی نیم رسانا ) فاصله میان نوارهای نوار ظرفیت و رسانش) باشد، به آن صورت فوتون جذب ماده می‌شود و الکترونی را از نوار ظرفیت برانگیخته می‌کند و به نوار رسانش می‌برد که الکترون در آنجا می‌تواند آزادانه درون بلور به حرکت در آید.الکترون بار منفی دارد، اما حفره ایجاد شده در نوار ظرفیت دارای بار مثبت است. وقتی که الکترون حفره به سرعت از هم جدا نشوند، الکترون جذب حفره مثبت می‌شود و بدون ایجاد هیچ جریانی نابود خواهد شد. بنابراین لازم است که میدان الکتریکی برای جداسازی بارها برقرار شود. این کار با افزودن مقدار کمی ناخالصی آلاییده به نیم رسانا و ایجاد پیوندگاهی میان نیمه هادی نوع n (که ذرات حامل بار در آن بار منفی دارند) ونوع p (که با ذرات حامل در آن مثبت است) انجام می‌شود.هنگامی که فوتون  زوج های الکترون - حفره را در نزدیکی این پیوندگاه n - p که در آن میدان الکتریکی قوی برقرار است ایجاد کند، فرآیند فتوولتایی بیشترین بازدهی را خواهد داشت. باتری خورشیدی در این حال به حفظ اتصال های فلزی نیاز دارد. تا با سیم هایی که به جریان الکتریکی در وسیله ای خارجی امکان عبور می دهند مرتبط شود. برای باتری CdS/CdTe ، اکسید قلع (SnO₂) به عنوان اکسید رسانشی شفاف (TCO) برای اتصال به CdS ، گرانیت یا طلا برای اتصال cdte کاربرد دارند و . . .