Fotovoltaické články: jak fungují

Fotovoltaické články: jak fungují a jak jsou vyrobeny. Uvádíme fungování solárních článků na bázi křemíku.

Fotovoltaické články mohou přeměnit sluneční záření na elektrickou energii. To je nyní jasné všem ... ano, ale jak to dělají? Odpověď spočívá v struktuře solárních článků, ale předtím, než do ní vstoupíme a uvidíme, jak funguje fotovoltaická buňka, dáme vám základní pojmy.

Od světla k elektřině

Je důležité pochopit pojem "světlo". Světlo má korpuskulární povahu a povahu vln a pro zjednodušení vám řekneme, že je složen z fotonů. Proto každý foton je ten elementární částic, který tvoří světlo. Chcete-li pochopit energetickou sílu světla, vyzýváme vás, abyste si přečetli článek "Mikrovlnná trouba, jak to funguje", uvidíte, že množství energie obsažené fotonem závisí na vlnové délce slunečního záření.

Zvažte, že foton při 260 nm je charakterizován energií rovnou 4, 8 elektronovým voltům. Zde pochází energie, která se přeměňuje na elektřinu. Jak se tato transformace uskutečňuje? Pokračujeme postupně.

Fotovoltaická buňka: jak je vyrobena

Fotovoltaická buňka je složena z křemíku: tento polovodičový materiál může přeměnit energii slunečního záření (světlo) na elektrickou energii.

Čistý křemík obsahuje 4 valenční elektrony. Pro výrobu solárních článků je "dopován", aby se umožnil řádný průchod elektronů.

"Dopovaný křemík" obsahuje "nečistoty" schopné měnit elektrické vlastnosti polovodičů. Zavedením atomů fosforu se získává křemík typu n (charakterizovaný vysokou hustotou volných elektronů). Zavedením atomů boru dochází k tvorbě křemíku typu p (volné náboje jsou pozitivní, nazývané otvory).

Takto zpracovaný křemík bude mít zónu P a plochu N oddělenou spojovací zónou nazývanou "vyprázdnění" nebo prostorový náboj. Elektrony ze zóny n se rozprostírají v zóně p, takže křemík N je kladně nabitý, zatímco ten z typu p je záporně nabitý.

Převod poplatků spočívá v tom, že podle konvence: od pozitivních až po negativní.

Fotovoltaická buňka: jak to funguje

Uvažujme, že zóna ne, zóna p, má velikost několika mikrometrů a mezi tyto dvě zóny je vložena mezera. Prostorový náboj udržuje zóny s mobilními poplatky oddělenými.

Tímto způsobem jsou k dispozici poplatky za vedení elektřiny .

Když foton "zasáhne" tento systém, získá se dvojice "elektronových otvorů" jak v oblasti n, tak v oblasti p. Tento jev se nazývá fotoelektrický efekt . Zpracování křemíku způsobuje, že se fotoelektrony přesunuly do zóny n (kladný pól vytvořeného elektrického pole), zatímco mezery (kladné náboje) směřují k zóně p (záporný pól elektrického pole).

Shrneme-li: ve fotovoltaické buňce je důvěrný kontakt dvou vrstev křemíku, jeden typu typu n na jeden typ. Tyto dvě vrstvy jsou rozptýleny pn spojovací nebo vyprazdňovací oblastí, v této oblasti dochází k vytvoření silného elektromagnetického pole . To vše má velikost několika mikronů.

Fotovoltaická operace

Sluneční světlo "bombarduje" modifikovaný polovodič. Pozitivní a záporné elektrické náboje jsou kvůli fotovoltaickému efektu odděleny od elektrického pole. Existuje vznik potenciálního rozdílu, který bude mít za následek proudění proudu : proud je větší, čím větší bude dopad dopadlého světla. To platí až do jisté míry kvůli saturačnímu jevu: nadbytečná energie fotonů ne vždy generuje elektrický proud, ale je rozptýlena uvnitř solárního článku .

Účinnost solárních článků je dána několika faktory. Kromě "stropu" světelné energie, kterou solární článek může dostat předtím, než ji rozptýlí ve formě tepla, existují další faktory, které činí fotovoltaické články více či méně efektivní.

Aby mohl být fotovoltaický efekt spuštěn, musí mít každý foton určité množství energie. Minimální hodnota potřebná pro spuštění fotovoltaického efektu závisí na materiálu, ze kterého je buňka tvořena.

Jen část energie, kterou foton přenáší na elektron solárního článku, se přeměňuje na elektrickou energii.

Navíc ne všechny páry elektron-díry jsou odpojeny od np křižovatky, jedna část se rekombinuje uvnitř buňky, která neprispievá k vytvoření elektrického potenciálu.

Jak se vyrábí elektřina se solárním článkem

Pro generování elektrického proudu musí náboje, které se pohybují ve vodivém pásmu, dostat do kovových kontaktů.

Když světelná energie zasáhne solární článek, páry elektronů a otvorů uvnitř oddělovací komory n-p-n se chovají podobně jako u diody s paralelním generátorem proudu.