• Link to Facebook
  • Link to X
  • Link to Youtube
  • Link to Behance
  • Contact
  • Ad-information
iEnergyGuru
  • Home
  • iNews
    • ข่าวเทคโนโลยีพลังงาน
    • ข่าวพลังงานทดแทน
    • ข่าวอนุรักษ์พลังงาน
    • ข่าวด้านสิ่งแวดล้อม
    • ข่าวนวัตกรรมและเทคโนโลยี
    • ข่าวประชาสัมพันธ์
  • iKnow
    • ข้อมูลพลังงาน
      • อัตราค่าไฟฟ้า : การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค
      • อัตราค่าไฟฟ้า : การไฟฟ้านครหลวง
      • อัตราค่าไฟฟ้าโดยอัตโนมัติ (Ft)
    • A Global Map
    • Energy Infographics
    • วันสำคัญ
    • สารานุกรมศัพท์พลังงาน
    • บุคคลสำคัญด้านเทคโนโลยี
    • เอกสารเผยแพร่และประชาสัมพันธ์
    • กฏหมายด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อม
  • iContent
    • Renewable Energy
      • ชีวมวลและพลังงานชีวภาพ (Biomass and Bioenergy)
      • พลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal Energy)
      • พลังงานน้ำ (Hydro Power)
      • พลังงานมหาสมุทร (Ocean Energy)
      • พลังงานลม (Wind Energy)
      • พลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Energy)
      • เชื้อเพลิงชีวภาพ (Biofuels)
    • Fossil Energy
      • ปิโตรเลียม
      • ก๊าซธรรมชาติ
      • ถ่านหิน
    • Emerging & Alternative Energy
      • พลังงานไฮโดรเจน (Hydrogen Energy)
      • Fusion Energy & Nuclear Technology
      • พลังงานจากของเสีย (Waste-to-Energy)
      • กระบวนการเลียนแบบการสังเคราะห์แสง (Artificial Photosynthesis)
    • Energy Conservation
      • พลังงานไฟฟ้า
        • Air compressor
        • Refrigeration & Air Condition
        • Motor
        • Lighting
        • Electric Power System
        • Pump & Fan
        • Heater
      • พลังงานความร้อน
        • Thermal Theory
        • Boiler
        • Furnace
        • Dryer & Oven
        • Condenser & Evaporator
      • เทคโนโลยีเชิงลึก
      • วัสดุเพื่อการอนุรักษ์พลังงาน
      • เครื่องมือวัดด้านพลังงาน
    • Industrial Management & Standard
      • ISO 50001
        • ความต้องการของมาตรฐาน ISO 50001
        • ขั้นตอนการดำเนินการตามมาตรฐาน ISO 50001
        • การตรวจสอบรับรอง ISO 50001
        • กรณีศึกษา ISO 50001
      • การจัดการพลังงานตามกฎหมาย
        • กฎหมายด้านพลังงาน
      • การจัดการอุตสาหกรรม
  • iChannel
    • ISO 50001
    • Energy Management Systems
    • Energy Conservation Video
    • Renewable Energy Video
    • The Earth Awareness
    • iEnergyGuru
  • Click to open the search input field Click to open the search input field Search
  • Menu Menu

ทำความรู้จักสารกึ่งตัวนำ : ผู้เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า

Facebook7Tweet0

สารกึ่งตัวนำ (Semiconductor)

สารกึ่งตัวนำ (Semiconductor) คือวัสดุที่มีความกว้างของช่องว่างระหว่างแถบพลังงาน (energy gap) อยู่ระหว่างสารนำไฟฟ้า (conductor) กับฉนวน (insulator) สารกึ่งตัวนำจะไม่นำไฟฟ้าในสภาวะปกติแต่สามารถนำไฟฟ้าได้เมื่อได้รับการกระตุ้นด้วยแสง ไฟฟ้า หรือความร้อนที่มีพลังงานเท่ากับหรือมากกว่าช่องว่างระหว่างแถบพลังงานอิเล็กตรอนในแถบวาเลนซ์ ที่ได้รับพลังงานกระตุ้นจะหลุดจากโครงสร้างอะตอมข้ามช่องว่างระหว่างแถบพลังงานขึ้นไปอยู่ในแถบนำไฟฟ้า (conduction band) ที่มีระดับพลังงานสูงกว่า และสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระทำให้เกิดสภาพนำไฟฟ้าได้ ธาตุที่มีสมบัติดังกล่าว ได้แก่ ซิลิคอน (Si) และเจอร์มาเนียม (Ge) ซึ่งใช้เป็นวัสดุหลักในชิ้นส่วนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

163255

(ที่มา : https://wallstmavens.com/sites/default/files/field/image/shutterstock_161554664.jpg)

ชิ้นส่วนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ผลิตจากสารกึ่งตัวนำซิลิกอน 

สภาพนำภายใน (intrinsic conductivitiy)

สภาพนำภายในเป็นสมบัติของสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ (intrinsic semiconductor) ที่ประกอบด้วยโครงสร้างอะตอมของธาตุชนิดเดียวที่สามารถนำไฟฟ้าได้ด้วยตัวเอง เมื่อถูกกระตุ้นด้วยพลังงานความร้อนหรือกระแสไฟฟ้า โดยอิเล็กตรอนในแถบวาเลนซ์ (valence band) จะหลุดจากโครงสร้างอะตอม ข้ามช่องว่างระหว่างแถบพลังงาน  ขึ้นไปอยู่ในแถบนำไฟฟ้า (conduction band) และสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ในขณะเดียวกันแถบ     วาเลนซ์ที่สูญเสียอิเล็กตรอนจะเกิดหลุม (hole) ที่สามารถรับอิเล็กตรอนจากอะตอมข้างเคียงต่อเนื่องกันไปได้อย่างอิสระเสมือนว่าหลุมเคลื่อนที่ได้ในแถบวาเลนซ์ สารกึ่งตัวนำประเภทนี้มีสภาพการนำไฟฟ้าไม่ดีนักแต่จะนำไฟฟ้าได้ดีขึ้นเมื่อได้รับพลังงานกระตุ้นมากขึ้น

12

โครงสร้างผลึกซิลิคอนที่มีสภาพนําภายใน เมื่อได้รับการกระตุ้นด้วยกระแสไฟฟ้า จะเกิดการนําไฟฟ้าผ่าน
ตัวนําประจุ 2 ชนิดคืออิเล็กตรอนในแถบนําไฟฟ้าและหลุมในแถบวาเลนซ์

13

โครงสร้างผลึกของสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ (pure silicon) สารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น (n-type silicon) ซึ่งเกิดจากการเจืออะตอมของธาตุฟอสฟอรัส (P) และสารกึ่งตัวนำชนิดพี (p-type silicon) ซึ่งเกิดจากการเจืออะตอมของธาตุโบรอน (B) ลงในโครงสร้างผลึกซิลิกอนบริสุทธิ์

สภาพนำภายนอก (Extrinsic conductivity)

สภาพนำภายนอกเป็น สมบัติการนำไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ (intrinsic semiconductor) ที่ปรับปรุงโดยการเจือ (dope) อะตอมของธาตุเจือปนที่มีโครงสร้างอิเล็กตรอนต่างกันลงไปในโครงสร้างผลึกบริสุทธิ์แบ่งเป็น 2 กรณี ได้แก่

  1. การเจือด้วยอะตอมของธาตุที่มีจำนวนอิเล็กตรอนมากกว่าจำนวนอิเล็กตรอนของอะตอมโครงสร้างผลึก ทำให้มีจำนวนอิเล็กตรอนเกินในโครงสร้างผลึก โดยอิเล็กตรอนที่เกินนี้สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระเรียกว่า สารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น (n-type semiconductor) เช่น การเจืออะตอมของธาตุอาร์เซนิก (As) หรือฟอสฟอรัส (P) ลงในโครงสร้างผลึกของซิลิคอน (Si) หรือเจอร์มาเนียม (Ge)
  2. การเจือด้วยอะตอมของธาตุที่มีจำนวนอิเล็กตรอนน้อยกว่าจำนวนอิเล็กตรอนของอะตอมโครงสร้างผลึกทำให้มีจำนวนหลุม (hole) เกินในโครงสร้างผลึกสามารถรับอิเล็กตรอนจากอะตอมข้างเคียงต่อเนื่องกันไปเสมือนว่าหลุมเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระเรียกว่า สารกึ่งตัวนำชนิดพี (p-type semiconductor) เช่น การเจืออะตอมของธาตุอินเดียม (In) หรือโบรอน (B) ลงในโครงสร้างผลึกของซิลิคอนหรือเจอร์มาเนียม เป็นต้น

 แบบจำลองแถบพลังงาน (Energy band model)

แบบจำลองแถมพลังงานคือ แบบจำลองปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่ออะตอมของธาตุรวมตัวกันเป็นโมเลกุลในโครงสร้างของเนื้อวัสดุแข็ง โดยระดับพลังงานย่อยของอิเล็กตรอนในกลุ่มอะตอมจะรวมตัวกันเกิดเป็นแถบพลังงาน (energy band) ที่มีอิเล็กตรอนบรรจุอยู่และช่องว่างระหว่างแถบพลังงาน (energy gap หรือ band gap; Eg) ที่ไม่มีอิเล็กตรอน แถบพลังงานชั้นในบริเวณที่อยู่ใกล้กับนิวเคลียสของกลุ่มอะตอมจะมีพลังงานตํ่า อะตอมสร้างพันธะระหว่างกันเกิดเป็นโครงสร้างทำให้อิเล็กตรอนไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ เรียกว่า แถบวาเลนซ์ (valence band) ส่วนแถบพลังงานชั้นนอกจะมีพลังงานสูงกว่าและอิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระเรียกว่า แถบนำไฟฟ้า (conduction band) แบบจำลองแถบพลังงานสามารถนำมาใช้อธิบายสมบัติการนำไฟฟ้าที่แตกต่างกันของสารนำไฟฟ้า (conductor) เช่น โลหะ (metal) ฉนวน (insulator) และสารกึ่งตัวนำ

14

แถบวาเลนซ์ (valence band) และแถบนำไฟฟ้า (conduction band) ของโลหะจะอยู่ใกล้กันมีช่องว่างระหว่างแถบพลังงานแคบหรือซ้อนทับกัน ฉนวนมีช่องว่างระหว่างแถบพลังงานกว้าง สารกึ่งตัวนําจะมีความกว้างของช่องว่างระหว่างแถบพลังงาน (energy band) อยู่ระหว่างโลหะและฉนวน

ระดับเฟอร์มิ (Fermi level)

15

ระดับเฟอร์มิของสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์

ระดับเฟอร์มิคือ ระดับพลังงานสมมติค่าหนึ่ง ซึ่งมีค่าสูงพอที่จะมีโอกาสพบอิเล็กตรอนบรรจุอยู่ร้อยละ 50 ที่สภาวะสมดุลทางเทอร์โมไดนามิกส์ (thermodynamic equilibrium) ณ เวลาใดๆ ในแบบจำลองแถบพลังงาน ที่มีการกระจายตัวของอิเล็กตรอนในระดับพลังงานต่างๆ เป็นไปตามฟังก์ชั่นของเฟอร์มิ-ดิแรก (Fermi-Dirac distribution function) สารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ (intrinsic semiconductor) จะมีระดับพลังงานเฟอร์มิอยู่ที่กึ่งกลางของช่องว่างระหว่างแถบพลังงาน ส่วนสารกึ่งตัวนำที่เติมธาตุเจือปนชนิดพี (p-type) จะมีระดับพลังงานเฟอร์มิอยู่ใกล้แถบวาเลนซ์ (valence band) และชนิดเอ็น (n-type) จะมีระดับพลังงานเฟอร์มิใกล้แถบนำไฟฟ้า (conduction band) ซึ่งสามารถนำมาใช้อธิบายปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นบริเวณรอยต่อ P-N ได้

16

ระดับเฟอร์มิของสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็นและชนิดพี

รอยต่อพี-เอ็น (P-N junction)

17

ระดับเฟอร์มิที่เกิดขึ้นบริเวณรอยต่อพี-เอ็น (P-N junction)

18

บริเวณการพร่อง (depletion region)

รอยต่อพี-เอ็น คือรอยต่อที่เกิดขึ้นเมื่อนำสารกึ่งตัวนำชนิดพี (p-type) และชนิดเอ็น (n-type) ที่มีระดับพลังงานเฟอร์มิต่างกัน มาเชื่อมต่อกัน อิเล็กตรอนที่มีประจุลบจากฝั่งสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็นจะแพร่เข้าไปในฝั่งสารกึ่งตัวนำชนิดพี ในขณะที่หลุม (hole) ที่มีประจุบวกจะเคลื่อนที่เสมือนว่าแพร่กระจายในทิศทางตรงกันข้าม ในบริเวณแคบๆ ใกล้กับรอยต่อพี-เอ็น (P-N junction) นั้น แรงเหนี่ยวนำระหว่างประจุลบและประจุบวกที่สะสมในแต่ละฝั่งทำให้เกิดศักย์ภายใน (built-in potential) ขึ้นต่อต้านการแพร่ของประจุจากทั้งสองฝั่ง การแพร่จะดำเนินไปจนกว่าระดับพลังงานเฟอร์มิของทั้งสองฝั่งอยู่ระดับเดียวกันจึงเข้าสู่สมดุลทางไฟฟ้าโดยจะไม่มีการแพร่เกิดขึ้นอีกที่บริเวณแคบๆ ใกล้กับรอยต่อพี-เอ็นที่มีการเคลื่อนที่ของประจุจนกระทั่งเข้าสู่สมดุลนี้เรียกว่าบริเวณการพร่อง(depletion region) รอยต่อพี-เอ็น เป็นหลักการเบื้องต้นของการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์19

การเกิดคู่อิเล็กตรอน-หลุม (electron-hole Pair)
บริเวณรอยต่อพี-เอ็น (p-n junction)

คู่อิเล็กตรอน-หลุม (Electron-hole pair)

คู่อิเล็กตรอน-หลุมคือ สภาพที่อิเล็กตรอนในแถบวาเลนซ์ (valence band) ของสารกึ่งตัวนำ ได้รับการกระตุ้นจากแสงไฟฟ้าหรือความร้อน ที่มีพลังงานเท่ากับหรือมากกว่าช่องว่างระหว่างแถบพลังงาน (energy band) จนมีพลังงานสูงพอที่อิเล็กตรอนจะหลุดจากโครงสร้างอะตอมขึ้นไปอยู่ในแถบนำไฟฟ้า (conduction band) ทำให้เกิดหลุม (hole) ในแถบวาเลนซ์ที่สูญเสียอิเล็กตรอนไปซึ่งจะคงสภาพในช่วงเวลาสั้นๆ ก่อนที่อิเล็กตรอนจะสูญเสียพลังงานและเกิดการตกกลับ (recombination) ลงมายังแถบวาเลนซ์ตามเดิม คู่อิเล็กตรอน-หลุม ที่เกิดขึ้นตรงรอยต่อพี-เอ็น (P-N junction) ในบริเวณการพร่อง (depletion region) จะถูกเร่งด้วยศักย์ภายใน (built-in potential) ให้แยกคู่กัน เกิดเป็นกระแสไฟฟ้าไหลออกไปสู่วงจรภายนอกได้ จำนวนคู่อิเล็กตรอน-หลุม และช่วงเวลาที่อิเล็กตรอนคงสภาพก่อนการตกกลับ (recombination lifetime) เป็นตัวกำหนดสมบัติการนำไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำ และลักษณะเฉพาะทางไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ที่ประกอบขึ้นจากสารกึ่งตัวนำนั้น

 

Bibliography

กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน. (2557). พลังงานแสงอาทิตย์. In สารานุกรมพลังงานทดแทน (pp. 27-28). กรุงเทพ, ประเทศไทย.
ienergyguru.com

4 Reviews

1
5
5
5

Write a Review

https://i0.wp.com/ienergyguru.com/wp-content/uploads/2015/06/1632551.jpg?fit=1000%2C667&ssl=1 667 1000 iEnergyGuru. https://ienergyguru.com/wp-content/uploads/2015/07/logo-.png iEnergyGuru.2015-06-16 14:27:162017-08-17 13:40:33ทำความรู้จักสารกึ่งตัวนำ : ผู้เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า
You might also like
SOLAR-THERMAL-HYBRID-AIR-CONDITIONERS-01 เครื่องปรับอากาศแบบผสมผสานด้วยพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์
แผงพลังงานแสงอาทิตย์ แผงพลังงานแสงอาทิตย์ หรือแผงโซลาร์เซลล์ (Solar Cell) ปัจจุบันมีความแพร่หลายมากขึ้น
การผลิตพลังงานไฟฟ้าจากน้ำขึ้นน้ำลง ในประเทศฝรั่งเศส
รูปแสดงส่วนประกอบของปั๊มน้ำพลังงานแสงอาทิตย์ ปั๊มน้ำพลังงานแสงอาทิตย์
Apple สร้างโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิย์ (solar farms)
การให้ความร้อนด้วยการอาร์ก (Electric-Arc)
1 reply
  1. ทฟสะ
    ทฟสะ says:
    กุมภาพันธ์ 17, 2016 at 12:10 am

    อย่าเรียกอิเล็คตรอนกับหลุมเลยค่ะ
    ก็เรียก อิเล็คตรอนกับโฮล ไปนั่นแหละ
    โฮล ไม่จำเป็นต้องแปลว่า หลุม แปลว่าช่องว่างก็ยังได้
    แต่ดิฉันมองว่า ทั้งคำว่า อิเล็คตรอนและโฮล เป็นคำเฉพาะด้วยกันทั้งคู่ค่ะ

    อนึ่ง เราควรฝึกให้เด็กไทยเรียนรู้ศัพท์วิชาการและใช้คล่องๆ เยอะๆ
    เวลาไปเรียนต่อ หรือคุยกับต่างชาติจะได้ไม่มีปัญหาค่ะ

    Reply

Leave a Reply

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

ใส่ความเห็น ยกเลิกการตอบ

อีเมลของคุณจะไม่แสดงให้คนอื่นเห็น ช่องข้อมูลจำเป็นถูกทำเครื่องหมาย *

Follow us on Facebook

Newsletter

Subscribe Newsletter อัพเดทข่าวสาร สิทธิพิเศษเพื่อคุณ

Subscribe Now

Latest News & Articles

  • กระบวนการประเมินและทวนสอบคาร์บอนฟุตพริ้นท์ขององค์กร (CFO) ตามมาตรฐานสากลมกราคม 30, 2026 - 10:00 am
  • CFO คือก้าวแรกสู่ Net Zero “ทำความรู้จักคาร์บอนฟุตพริ้นท์: รอยเท้าเล็กๆ ที่ส่งผลกระทบยิ่งใหญ่ต่อโลก”มกราคม 27, 2026 - 11:00 am
  • ไม่ใช่แค่ผ้าขนหนู! 6 เรื่องจริงที่คุณอาจไม่เคยรู้เกี่ยวกับ “โรงแรมสีเขียว” มาตรฐานไทยธันวาคม 23, 2025 - 9:35 am
  • เทคโนโลยีเพื่อการลดต้นทุนสำหรับหม้อไอน้ำที่ใช้เชื้อเพลิงไม้สับ
    เทคโนโลยีเพื่อการลดต้นทุนสำหรับหม้อไอน้ำที่ใช้เชื้อเพลิงไม้สับธันวาคม 19, 2025 - 12:25 pm

Free Training Zone

  • โครงการส่งเสริมการอนุรักษ์พลังงานในโรงงานอุตสาหกรรมขนาดกลางและขนาดเล็ก (SMEs) กลุ่มภาคตะวันออกตอนล่างพฤษภาคม 15, 2020 - 1:55 pm
  • เชิญร่วมฟังเสวนาในหัวข้อ “กลยุทธ์สู่ความสำเร็จในการพัฒนาระบบการจัดการพลังงานสู่มาตรฐานสากล ISO 50001”กรกฎาคม 24, 2018 - 9:26 pm
  • โครงการส่งเสริมระบบการจัดการพลังงานในระดับสากล (ISO 50001)พฤษภาคม 15, 2017 - 10:24 am
  • Contact
  • นโยบายคุกกี้
  • นโยบายข้อมูลส่วนบุคคล
© Copyright 2015 - iEnergyGuru
  • Link to Facebook
  • Link to X
  • Link to Youtube
  • Link to Behance
Scroll to top Scroll to top Scroll to top
เว็บไซต์นี้มีการจัดเก็บคุกกี้(cookies) เพื่อจัดการข้อมูลส่วนบุคคล นำเสนอประสบการณ์ในการใช้เว็บไซต์ที่ดีที่สุดและช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการให้บริการแก่ท่าน การใช้งานเว็บไซต์นี้ถือเป็นการยินยอมให้เราจัดเก็บและใช้คุกกี้ของท่าน ท่านสามารถศึกษารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับนโยบายคุกกี้ของเราได้
นโยบายคุกกี้ | นโยบายความเป็นส่วนตัว
ตั้งค่าคุกกี้ยอมรับ
Manage consent

Privacy Overview

This website uses cookies to improve your experience while you navigate through the website. Out of these, the cookies that are categorized as necessary are stored on your browser as they are essential for the working of basic functionalities of the website. We also use third-party cookies that help us analyze and understand how you use this website. These cookies will be stored in your browser only with your consent. You also have the option to opt-out of these cookies. But opting out of some of these cookies may affect your browsing experience.
Necessary
Always Enabled
Necessary cookies are absolutely essential for the website to function properly. These cookies ensure basic functionalities and security features of the website, anonymously.
CookieDurationDescription
cookielawinfo-checkbox-analytics11 monthsThis cookie is set by GDPR Cookie Consent plugin. The cookie is used to store the user consent for the cookies in the category "Analytics".
cookielawinfo-checkbox-functional11 monthsThe cookie is set by GDPR cookie consent to record the user consent for the cookies in the category "Functional".
cookielawinfo-checkbox-necessary11 monthsThis cookie is set by GDPR Cookie Consent plugin. The cookies is used to store the user consent for the cookies in the category "Necessary".
cookielawinfo-checkbox-others11 monthsThis cookie is set by GDPR Cookie Consent plugin. The cookie is used to store the user consent for the cookies in the category "Other.
cookielawinfo-checkbox-performance11 monthsThis cookie is set by GDPR Cookie Consent plugin. The cookie is used to store the user consent for the cookies in the category "Performance".
viewed_cookie_policy11 monthsThe cookie is set by the GDPR Cookie Consent plugin and is used to store whether or not user has consented to the use of cookies. It does not store any personal data.
Functional
Functional cookies help to perform certain functionalities like sharing the content of the website on social media platforms, collect feedbacks, and other third-party features.
Performance
Performance cookies are used to understand and analyze the key performance indexes of the website which helps in delivering a better user experience for the visitors.
Analytics
Analytical cookies are used to understand how visitors interact with the website. These cookies help provide information on metrics the number of visitors, bounce rate, traffic source, etc.
Advertisement
Advertisement cookies are used to provide visitors with relevant ads and marketing campaigns. These cookies track visitors across websites and collect information to provide customized ads.
Others
Other uncategorized cookies are those that are being analyzed and have not been classified into a category as yet.
SAVE & ACCEPT