Atoom model

Materialen ofwel stoffen zijn opgebouwd uit moleculen. Dit zijn de kleinste deeltjes van de stof, die nog alle eigenschappen van die stof bezitten. Moleculen zijn weer opgebouwd uit (verschillende) atomen.
Bv. water is samengeteld uit waterstof (H₂  ) en zuurstof (O)

Rutherford en Bohr en hebben de Atomen verklaard. De atomen bevatten een kern. De kern wordt gevormd door Protonen en Neutronen. De protonen zijn positief geladen. Het aantal protonen(atoomnummer) bepaald welke atoomsoort het is. Echter de positief geladen deeltjes stoten elkaar af. Er dient wat bescherming te zijn. Dit zijn de neutronen. Deze hebben geen lading.

Rutherford en Bohr hebben beschreven hoe de lading in evenwicht is.

Rond de kern cirkelen elektronen rond langs banen of schalen. De elektronen zijn negatief geladen. Het aantal elektronen dient gelijk te zijn aan het aantal protonen. Bovenstaand atoom is Lithium. Het massagetal van Li (7) is de som van de neutronen(4) en protonen(3). De elektronen wegen weinig t.o.v. de kern.

De atoom Silicium heeft een atoomnummer van 14 en een atoommassa van 28. Het aantal elektronen is 28 - 14=14 elektronen. De electronenconfiguratie is

Volgens Bohr staan de schalen staan op een bepaalde afstand van elkaar. Elektronen kunnen slechts aanwezig zijn in de schalen. De schalen zijn energie-niveau. De elektronen bezitten een bepaalde energie. De schillen worden aangegeven met 'n'. De kleinste schil is n=1. Deze schil kan maximaal 2 elektron bevatten. Het tweede schil n=2 kan maximaal 8 elektronen bevatten. De derde schil kan maximaal 2⋅n² Is maximaal 18. Silicium heeft er maar 4. Elektronen kunnen springen van energie-banen door een foton op te nemen of te absorberen.

Wat zijn fotonen ?

Fotonen zijn:

• lichtdeeltjes komende van de zon.
  Zonnestraling noemt men in de natuurkunde een Elektromagnetische straling of wel EM.;
• Fotonen hebben geen massa;
• Het zijn energiedeeltjes.
  Het energie niveau is afhankelijk van de frequentie f of golflengte λ van de EM.;

De energie van een foton is gelijk aan ΔE_foton=h⋅f=h⋅c/λ [J]
h is de constante van Plank= 6,626070040 10⁻³⁴ [J.s] en c de snelheid van het licht c= 2,99792458⁺⁸  [m/s].

Berekening

Een elektron kan afhankelijk van de golflengte λ van de foton springen naar een hogere baan. Volgens Prof. M Lundstrom is de fotonenergie om een elektron naar de geleidingsbaan(los raken van de kern) te verplaatsen E_kin=1,1 [eV] waar de omgevingstemperatuur 0 [K] is.
E_kin=1,1x1,602x10^-19 [J]
De snelheid van een elektron is > 600 [km/uur]

Dan is de frequentie:
f = 1,1[eV]/h=
1,1x1,602x10^-19/6,626070040x10^-34= 0,2659788x 10¹⁵ [Hz] =265,9788 [THz]
en
de golflengte:
λ= h.c/E_kin=6,62607015 × 10⁻³⁴ 2,999792458⁺⁸ / 1,1x1,602x10^-19 = 11,27129106495 x10^-7 [m] =
1127,9 [nm]=1128 [nm]=1,128[µm]

Anderen zeggen dat het energie niveau van de fotonen 2-3 [eV] is.

spectrum magnetische straling

Onderstaand zie je een elektromagnetische spectrum:

Rood licht heeft een frequentie van ongeveer 4,6 × 10¹⁴ Hz=460 [THz]
Zonnecellen fungeren het best bij fotonen in de buurt van het roodlicht.
Ofwel warmtestraling, zoals gevoeld bij zonlicht. De golflengten van Infrarood ofwel warmtestraling liggen tussen 0,78-3 [µm].
Het menselijk oog ziet de Infrarood straling helaas niet.

Indien er voldoende foton-energie of warmtestraling is, kan een elektron in de buitenste baan(ambivalentie) springen naar een elektrische geleidingsband. De energie die daarvoor nodig is 1,11 [eV]
Hierdoor ontstaat elektrische geleiding in halfgeleiders.   
Bij halfgeleiders zoals het instabiele Silicium, dat 4 elektronen in de buitenste schil heeft, gebruiken dit verschijnsel. Om het niet-elektrisch geleidende materiaal geleidend te maken.

PN-verbinding van een zonnecel

De zonnecel werkt als een diode.
Het zijn twee lagen aan elkaar gesmeden en kunnen de elektronen geleiden.
De PN verbinding heeft een negatieve en postieve ladingsbron dat elektronen afstoot en in de juiste richting duwt.

• De n-laag is gevuld met fosfor(P).
  De elektronen van de buitenste schil van Fosfor hebben een zwakke bindingskracht met de kern. Fosfor heeft één elektron extra in de roosterstructuur van Silicium. Het rooster heeft een negatieve lading.
  Want er zijn véél vrije elektronen van Fosfor.
  De N-laag is Negatief
  Het rooster heeft een negatieve lading.
  Want er zijn véél vrije elektronen.
• De P-laag is gevuld met Boron.
  Boron mist één elektron en heeft een positieve lading. Het roosterstructuur van Silicium heeft dus een gaten(h⁺) tussen de Silicium atomen. Gaten worden gezien als positief geladen, want ze kunnen worden gevuld met een elektron.
  De P-laag is Positief.

In de verbindings gebied tussen deze lagen vormt zich een spanningsverschil gecreëerd, die een barrière vormt voor gaten en elektronen:

• Doordat de elektron van de P-laag naar de Boron-laag gaat diffunderen en daar het gat(h⁺) gaat opvullen. Dan raakt de Boron-kern negatief geladen en duwt de vrijgekomen elektronen weg naar de n-laag.
• De fosfor-kern raakt positief geladen, door het verlies van één elektron in zijn buitenste schil en duwt daardoor gaten weg.

Hierdoor wordt een spanningsverschil gecreëerd in de depletion laag . Het diffunderen, het opvullen van gaten door elektronen, gaat net zolang door tot er evenwicht is.

Dit is de evenwicht situatie in de nacht.

Maar overdag als de zon schijnt, worden elektronen uit de valentie los geslagen door fotonen en schieten zij in de geleidingsband. De elektronen in de geleidingsband kunnen vrij bewegen. De ontstane gaten worden aangetrokken door de P-laag. De elektronen worden afgestoten door de negatieve Boron-lading.
De negatieve Boron-kernen(-) trekken de vrijgekomen gaten(+) aan.
Dit is zeer belangrijk om te voorkomen dat de elektronen terug schieten naar hun oorspronkelijke plek.

Door een verbinding te maken tussen de twee lagen stromen vrije elektronen naar de p-laag en vullen de gaten.

De drijvende kracht wordt veroorzaakt door:

• Het aanwezig zijn van té veel elektronen in het roosterstructuur van het Siliciumatoom in de N-laag
• De Boron-laag van het Siliciumrooster bezit té weinig elektroden en vraag naar meer;
• Wanneer een Fosfor atoom een elektron kwijt raakt. Dan is de kern positief geladen en stoot het de postieve gaten af. Dit vormt de grens voor gaten.
• In het scheidingsgebied is de kern negatief en trek gaten(+) aan. Zowel in het P-gebied als ook in het N-gebied;
• Het is vooral de negatieve lading, die zorgt dat elektronen worden weggedrukt en gaten worden aangetrokken.
• De negatieve lading heeft oók invloed, wanneer door een foton een elektron wordt losgeslagen en het in de geleidingsbaan komt.
  De Negatieve vrije elektronen in de geleidingsband worden weggeduwd en de hierdoor ontstane gaten worden aangetrokken.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Aspernatur neque placeat totam corporis quaerat ullam qui facilis voluptate consequatur similique cum, numquam et obcaecati reiciendis rerum, optio sed nulla illum eveniet blanditiis quae! Assumenda, esse, repellendus. Dicta corporis pariatur esse fuga repellendus autem soluta eos ullam maxime voluptate! Numquam dignissimos sequi, culpa nisi labore dolores. Veritatis iusto tenetur eligendi laboriosam aliquid nostrum voluptate repellat impedit dolorem consequuntur, explicabo minus, distinctio esse, facilis quos aperiam sint aut suscipit modi quis fugit amet reprehenderit et! Ut minima sit quaerat corporis eaque voluptatem iste. Error, repellat sapiente quis hic at a voluptates libero, suscipit doloremque nesciunt et consequatur, fugit laudantium, explicabo porro dicta mollitia eos nobis! Esse, officia, sit. Libero illum vero hic repellendus itaque ducimus asperiores delectus impedit, culpa voluptatem sapiente, cupiditate voluptatibus, nisi nesciunt iste. Nesciunt quia quas, amet consequuntur fuga odio ad. Sequi libero assumenda hic pariatur, suscipit quidem adipisci quod exercitationem impedit velit dolor laudantium, neque alias repellat quos quam cumque. Hic, sunt, fugit. Iusto vel repudiandae aliquid ipsum ullam natus aspernatur eum pariatur debitis, distinctio ex animi tempore odio nobis laborum unde, aperiam porro qui harum nemo cum veniam error ea sed saepe? Tempore quis ullam quia, dolores delectus in odio rerum adipisci amet, possimus? Animi molestiae, recusandae consequatur, numquam temporibus vel sapiente fugiat cumque error nobis, dignissimos ut reprehenderit tempora voluptatibus doloribus aut quae porro? Adipisci sunt ipsum nisi, harum ad id veniam neque, eaque, provident consequuntur laboriosam quidem ipsa earum quaerat totam voluptatem sed. Quis, quod praesentium accusantium optio corporis deleniti explicabo, ex dolorem molestiae tempore, libero, recusandae quam laboriosam dolore nobis autem culpa ab fugiat dolor soluta dicta debitis minus sint sit perspiciatis. Sint expedita quisquam eos earum facere itaque inventore tempora reprehenderit, consequatur molestias. Aperiam debitis vel dolorem, repudiandae laboriosam sit dignissimos cum magnam facere sequi? Veniam non voluptatem impedit eum voluptatibus a repellendus laboriosam perferendis explicabo, consequatur rerum maxime nisi eveniet aliquid, officiis dignissimos praesentium accusantium facere! Natus corporis error commodi accusantium veniam neque officia non sint voluptatibus, mollitia. Iure, ipsum nisi consequuntur quis obcaecati quibusdam, esse aperiam impedit sapiente rem praesentium laboriosam sequi voluptatum harum temporibus sint neque, sit corporis fuga! Asperiores exercitationem impedit quisquam et, illo quae odit laborum totam eos placeat ducimus sit consequuntur nobis, qui aut minima veniam commodi facere debitis voluptatem deleniti perferendis nam similique. Sunt a voluptatum, incidunt odio doloribus ad nesciunt. Deserunt id, expedita est maiores non iusto a quam velit repellat incidunt odit ipsum culpa, numquam omnis modi sit dolores eveniet consequuntur dolore eos cum atque maxime assumenda natus. Obcaecati accusamus eligendi, illo ad, eaque eum voluptates nesciunt magni rerum, repudiandae reprehenderit molestiae suscipit deserunt laborum ducimus! Quae tempore incidunt distinctio nobis, rem qui ad. Labore vel excepturi, alias magni, corporis eius delectus rem quis est repellat, commodi rerum ex distinctio odio aliquid ducimus, hic sit porro mollitia eaque. Vero possimus, animi, mollitia eligendi nisi assumenda dicta dolore tenetur corporis quas harum vel consequuntur odio dolores sapiente non. Nam incidunt impedit modi minus quaerat aspernatur, adipisci consequuntur dolore et culpa vero rem, fuga praesentium molestias nostrum, laborum quia! Ea ut repudiandae repellat voluptatem quis, sapiente fugiat pariatur nostrum natus minus omnis facere? Suscipit repudiandae deserunt saepe, ex fugiat tenetur voluptatum, aperiam ipsa eius quis cumque, quo incidunt! Aliquid magni adipisci harum placeat temporibus distinctio facilis, autem. Similique porro illum numquam voluptas ut delectus libero non in at, laborum facilis praesentium suscipit cum veritatis! Odio dolores exercitationem incidunt, quaerat harum quisquam atque possimus soluta, laboriosam velit aliquam ipsa nulla animi libero debitis officia eius temporibus officiis eos optio iusto. Temporibus delectus itaque odit, autem, quod libero tempore similique cupiditate reprehenderit ad laborum aperiam accusantium. Officia, rerum quod consequuntur accusantium atque nobis veniam animi. Rerum iusto quaerat dolor, reiciendis culpa porro dicta. Tenetur excepturi, soluta in, dolorum veniam consequuntur amet magnam expedita obcaecati officiis, maiores illum non aspernatur ex minus facilis aliquid deserunt. Ducimus, harum, eos. Harum praesentium, saepe eius illum debitis dicta facilis quam quidem excepturi, quas beatae enim reprehenderit obcaecati laborum sed aut quaerat, exercitationem possimus laboriosam cupiditate sint rem ad veniam voluptatum dolor. Aliquam ab id modi ipsum. Accusantium odit quis blanditiis autem beatae, fugiat maxime iste debitis dolores quam error, ea. Voluptates, tempore?

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Nemo laudantium ullam vitae nesciunt commodi delectus. Distinctio perspiciatis autem, voluptatem consequuntur est modi eos vitae atque. Eos vel, nostrum eius illum nesciunt est necessitatibus consequatur, velit, ullam impedit aperiam consequuntur dicta tempore. Officia maiores obcaecati quia optio error animi ut magni, alias fugiat corporis dignissimos molestias odit placeat. Quae minima deleniti nobis repellendus repudiandae dolor eos et recusandae, quis odio esse officia! Libero quos minus, rerum saepe veritatis ex eum, perspiciatis, tenetur commodi laborum quidem illo unde ullam! Perspiciatis magnam temporibus maiores corporis laudantium debitis, similique minus laboriosam quas, a unde quo accusamus nostrum voluptatibus quibusdam delectus minima cumque, numquam non provident dignissimos. Culpa voluptatem asperiores, pariatur eaque, optio alias eveniet hic reiciendis officiis dolore provident expedita. Quia delectus obcaecati natus incidunt! Cumque, quo id asperiores ab officiis. Natus magni assumenda eum est laboriosam error. Facilis eum, soluta incidunt est quaerat laborum ratione, temporibus. Saepe expedita autem nemo excepturi ipsa recusandae, ipsam, numquam distinctio nulla, maxime nihil suscipit. Eveniet voluptas libero numquam voluptate suscipit incidunt fuga dolor cum deserunt laboriosam, deleniti tenetur, maxime pariatur natus expedita odio minus cumque autem nulla nobis veritatis assumenda. Officiis neque quis corrupti. Nemo nam blanditiis debitis iusto enim accusamus nihil. Perferendis dolorem temporibus iste fuga. Voluptate, ipsa. Aperiam ut laudantium tempora delectus sunt tempore eum, laborum, voluptate alias est nostrum aut autem, nesciunt dolorem quaerat vel aspernatur distinctio quidem! In cupiditate expedita earum officia perspiciatis magnam quos enim optio dignissimos voluptates quas minus quaerat atque, ut magni, repudiandae nobis nisi neque qui itaque sit impedit est fuga sint blanditiis? Natus ipsam quia facilis veniam obcaecati praesentium dolore saepe amet, facere officiis quis error minima eius sunt, voluptates perferendis. Dolorum, magni aut obcaecati iusto id atque! Error consectetur deserunt necessitatibus, quaerat provident laborum est iure veritatis voluptas maiores qui eum molestiae earum, consequatur! Numquam praesentium pariatur error cum, accusamus ullam nulla earum eligendi voluptates facilis enim. Blanditiis eveniet nesciunt cupiditate quas consectetur totam ducimus laborum necessitatibus sequi voluptatem. Vel asperiores laboriosam sit, provident quo amet quas dolorem quibusdam nesciunt, numquam cumque rerum perferendis quod eum. Commodi, animi blanditiis, omnis obcaecati molestias quaerat ad sapiente libero. Magnam mollitia, labore dicta. Voluptates voluptate esse sunt. Repellendus rerum corrupti, quos nesciunt omnis debitis, voluptates asperiores cum qui quis. Eligendi explicabo, vitae porro impedit quidem dolorem vel quam fugiat, vero voluptatibus distinctio reprehenderit eos at quos! Facilis earum dolores beatae autem ullam laudantium necessitatibus dolore enim eligendi neque aliquid voluptatibus excepturi, porro voluptates rem consequatur illo nostrum exercitationem eveniet quas non fugit facere rerum, praesentium labore. Placeat voluptates nostrum consectetur neque facere ab odio reprehenderit repudiandae possimus dicta eveniet quam natus velit rem, maiores quo optio asperiores. Libero doloremque soluta hic sapiente voluptatem accusamus voluptatum excepturi, totam enim reiciendis praesentium eaque quisquam nulla et sint, dolorum necessitatibus, laudantium vitae rem eveniet aperiam facilis. Est laboriosam reprehenderit, tenetur voluptate! Hic sequi reiciendis vitae, culpa, delectus aut fugiat deleniti laudantium ipsam iusto atque doloremque nemo sunt eaque voluptas laboriosam voluptatibus aspernatur amet ullam, officiis ipsa placeat neque? Quidem illum rerum vitae possimus doloribus qui fugiat temporibus quam totam autem enim nobis sequi, cum eligendi adipisci, ipsa unde in, numquam corrupti omnis culpa. Excepturi optio voluptatem natus numquam accusamus, perferendis, nihil vitae in repellendus unde accusantium laudantium tempore mollitia possimus, cum error! Culpa, blanditiis? Maxime, exercitationem. Placeat quod asperiores molestias cumque nam harum autem iste veritatis optio, velit excepturi reprehenderit eveniet qui consequuntur minima dolores voluptate animi omnis dignissimos et nihil deleniti aspernatur. Quo ut aut, iusto asperiores sequi neque? Repudiandae tempore rerum, debitis rem dignissimos natus earum sed eaque soluta ullam impedit deserunt consectetur, aliquam dicta repellat cum nostrum cupiditate facilis in aperiam voluptate excepturi reprehenderit quod unde. Quod necessitatibus ab debitis iure provident sunt, tempora unde blanditiis magnam voluptatum est ducimus, in velit maiores minima, enim delectus beatae voluptate recusandae vero! Doloribus maiores dolore impedit fugiat distinctio voluptate, quis doloremque. Maxime exercitationem sed aliquid alias dolorem corporis, et enim ab. Harum maxime nemo laborum molestias autem deserunt perferendis id mollitia est accusamus vero, quae nostrum ab dolorem! Impedit sit sunt qui ratione nemo voluptate enim maxime quisquam quaerat placeat amet eveniet cupiditate nihil iusto facilis ipsam odit animi vel, sequi dicta incidunt dolores dignissimos! Quasi nam et ab architecto quaerat, distinctio quod facilis suscipit similique aspernatur deserunt cumque aliquam. Esse architecto molestiae sapiente odit voluptatem accusamus consectetur non culpa at atque, provident nostrum dolor, velit ratione optio deleniti sequi obcaecati pariatur nulla quas iste reprehenderit vel. Distinctio soluta ab dolores rem labore architecto, ratione maxime minus neque at eum ipsam unde dolore temporibus cumque, repellendus, non obcaecati! Dolor commodi quisquam, modi dolorem consequatur impedit cumque id dolorum est repudiandae veritatis ex numquam, asperiores ab quod amet similique minima libero deserunt voluptatibus a omnis tenetur ad. Animi asperiores enim hic placeat repellendus.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Quas quis autem, necessitatibus. Fugiat distinctio nam ut! Officiis quaerat, ipsum, fugit debitis eos dicta perspiciatis nihil fugiat aliquid reiciendis, similique. Magni, quo nostrum, a in, provident, ullam ab aliquid esse odit cum beatae. Dicta porro iure rerum dolores magnam natus molestias amet ipsa voluptas eos non totam commodi recusandae, nostrum obcaecati quaerat doloribus praesentium expedita, illum voluptatem. Enim qui quisquam sapiente expedita! Rerum mollitia qui accusamus doloremque illo praesentium quaerat sint, natus hic fugiat perferendis quibusdam perspiciatis ducimus vitae molestias aliquam sed soluta a quam assumenda et cupiditate nemo. Nisi earum, ipsum asperiores delectus ab nulla beatae nobis? Ipsum pariatur deleniti iure distinctio odit ducimus quasi molestiae cumque temporibus expedita voluptatem assumenda praesentium adipisci eos eligendi aspernatur nemo, et tenetur veritatis dolor a nulla excepturi debitis sit fuga. Incidunt provident harum dolorem fugiat labore architecto voluptate ratione, reprehenderit, non nulla sunt, sapiente vel impedit iure. Voluptas, fuga dolor delectus obcaecati sequi laborum dolorem doloribus voluptates totam veniam harum doloremque autem numquam quasi eius unde architecto! Unde, optio, eveniet eligendi vitae excepturi temporibus animi. Eaque, iste culpa distinctio tempora ducimus aperiam. Omnis commodi numquam facilis non quia consequuntur officia, tenetur voluptates voluptatem quibusdam earum quae totam dolor autem in similique sapiente beatae iusto exercitationem explicabo error? Eveniet neque blanditiis consequuntur soluta aperiam fuga quo consectetur totam veritatis iste quasi, ipsam doloribus incidunt quis aliquid sed laudantium eaque nemo maiores, facere dolor quisquam quaerat. Repellat unde praesentium magnam, accusantium explicabo quidem quaerat a? Debitis earum, dignissimos provident, nobis libero quos. Commodi rerum, nostrum iste earum vel illum reiciendis odio voluptates harum pariatur. Voluptatibus modi excepturi earum itaque, eveniet magnam. Magnam nesciunt, illo qui tempora quis est hic molestiae ut laboriosam magni, facilis, deleniti possimus ipsam voluptas totam expedita asperiores incidunt omnis suscipit mollitia cumque. Facere aliquam, dolorem. Tempora, quibusdam voluptas dolorum similique, iure blanditiis veniam corporis quos aspernatur reiciendis, ratione debitis. Sunt velit perferendis eligendi aut voluptatum cumque eum facilis reprehenderit nobis ipsa hic harum rerum ducimus sequi, inventore ut asperiores illum aperiam, iure odit porro est amet laborum? Dolore alias omnis temporibus blanditiis in voluptatibus voluptate asperiores neque consectetur ullam nesciunt corporis optio sit fugiat aspernatur rerum velit, necessitatibus exercitationem, possimus, impedit ut distinctio aliquid aperiam quasi! Molestias eius dignissimos aliquid ipsam temporibus in possimus reprehenderit, sapiente beatae facilis libero, vitae. Nemo porro, quod iure autem suscipit, molestias voluptates rerum sequi nostrum similique impedit! Nesciunt excepturi, qui soluta quae distinctio a recusandae aut explicabo deleniti suscipit libero necessitatibus obcaecati ex nobis sit possimus quidem expedita fuga labore, voluptatum, at dicta voluptatibus officiis! Velit praesentium ea sapiente voluptatum, quaerat maxime id similique necessitatibus suscipit iste quae atque cum quas magni voluptatibus dicta ut dolor assumenda aut eos aliquid autem nisi! Fuga laborum nostrum eaque ea reiciendis magnam dolorem aperiam numquam. Magni dignissimos dolor error vero, sequi sint, quasi commodi autem minus doloremque debitis vel at, saepe eaque! Totam nihil ullam id placeat adipisci explicabo pariatur voluptatibus ipsum, asperiores dicta voluptatum quisquam tempore illo.