> Вести > Цомпани Невс

Шта је фотовотаика?

2022-12-22

Фотонапон је директна конверзија светлости у електричну енергију на атомском нивоу. Неки материјали показују својство познато као фотоелектрични ефекат због којег апсорбују фотоне светлости и ослобађају електроне. Када се ови слободни електрони заробе, настаје електрична струја која се може користити као електрична енергија.

Фотоелектрични ефекат је први приметио француски физичар Едмунд Бекерел 1839. године, који је открио да ће одређени материјали производити мале количине електричне струје када су изложени светлости. Године 1905. Алберт Ајнштајн је описао природу светлости и фотоелектрични ефекат на коме се заснива фотонапонска технологија, за шта је касније добио Нобелову награду за физику. Први фотонапонски модул је изградила Белл Лабораториес 1954. Наплаћиван је као соларна батерија и углавном је био само куриозитет јер је био прескуп да би добио широку употребу. Шездесетих година прошлог века, свемирска индустрија је почела да први пут озбиљно користи технологију за обезбеђивање енергије на свемирским летелицама. Кроз свемирске програме, технологија је напредовала, успостављена је њена поузданост, а цена је почела да опада. Током енергетске кризе 1970-их, фотонапонска технологија је стекла признање као извор енергије за апликације које нису у свемиру.

Горњи дијаграм илуструје рад основне фотонапонске ћелије, која се такође назива соларна ћелија. Соларне ћелије су направљене од истих врста полупроводничких материјала, као што је силицијум, који се користе у микроелектронској индустрији. За соларне ћелије, танка полупроводничка плоча је посебно обрађена да формира електрично поље, позитивно на једној страни и негативно на другој. Када светлосна енергија удари у соларну ћелију, електрони се одвајају од атома у полупроводничком материјалу. Ако су електрични проводници причвршћени за позитивну и негативну страну, формирајући електрично коло, електрони се могу ухватити у облику електричне струје - то јест, електричне енергије. Ова електрична енергија се затим може користити за напајање терета, као што је светло или алат.

Један број соларних ћелија електрично повезаних једна са другом и монтираних у носећу структуру или оквир назива се фотонапонски модул. Модули су дизајнирани за снабдевање електричном енергијом на одређеном напону, као што је уобичајени систем од 12 волти. Произведена струја директно зависи од тога колико светлости пада на модул.

Данашњи најчешћи ПВ уређаји користе један спој или интерфејс за стварање електричног поља унутар полупроводника као што је фотонапонска ћелија. У фотонапонској ћелији са једним спојем, само фотони чија је енергија једнака или већа од појасног размака материјала ћелије могу ослободити електрон за електрично коло. Другим речима, фотонапонски одговор ћелија са једним спојем ограничен је на део сунчевог спектра чија је енергија изнад појасног размака материјала који апсорбује, а фотони ниже енергије се не користе.

Један од начина да се заобиђе ово ограничење је коришћење две (или више) различитих ћелија, са више од једног размака и више од једног споја, за генерисање напона. Оне се називају "мултијунцтион" ћелије (такође назване "каскадне" или "тандем" ћелије). Уређаји са више спојева могу постићи већу укупну ефикасност конверзије јер могу да претворе већи део енергетског спектра светлости у електричну енергију.

Као што је приказано у наставку, уређај са више спојева је гомила појединачних ћелија са једним спојем у опадајућем редоследу зазора (нпр.). Горња ћелија хвата фотоне високе енергије и прослеђује остатак фотона да би их апсорбовале ћелије са нижим појасом.

Велики део данашњих истраживања у ћелијама са више спојева фокусира се на галијум-арсенид као једну (или све) саставне ћелије. Такве ћелије су достигле ефикасност од око 35% под концентрисаном сунчевом светлошћу. Други материјали који су проучавани за уређаје са више спојева били су аморфни силицијум и бакар индијум диселенид.

Као пример, уређај са више спојева у наставку користи горњу ћелију галијум индијум фосфида, "тунелски спој", да би помогао проток електрона између ћелија, и доњу ћелију од галијум арсенида.

Претходна:Зашто бисте се определили за фотонапон?

Следећи:Шта је са трошковима доставе?