Co to jest efekt fotowoltaiczny ?

To dzięki niemu mówiąc wprost możemy cieszyć się darmową energią pochodzącą ze światła słonecznego. Wiemy, że prąd powstaje w modułach fotowoltaicznych, które zbudowane są w ogniw krzemowych. Co dzieje się w ogniwach kiedy padają na nie promienie światła słonecznego?

Efekt fotowoltaiczny – zasada działania

Efekt fotowoltaiczny to proces, który generuje napięcie lub prąd elektryczny w ogniwie fotowoltaicznym pod wpływem światła słonecznego. To właśnie ten efekt sprawia, że panele słoneczne są użyteczne, ponieważ w ten sposób komórki w panelu przekształcają światło słoneczne w energię elektryczną.

Efekt fotowoltaiczny został po raz pierwszy odkryty w 1839 roku przez Aleksandra Edmonda Becquerela. Podczas eksperymentów z mokrymi ogniwami zauważył, że napięcie ogniwa wzrosło, gdy jego srebrne płytki były wystawione na działanie promieni słonecznych.

Na czym polega zjawisko fotowoltaiczne?

Efekt fotowoltaiczny występuje w ogniwach słonecznych, z których zbudowany jest panel fotowoltaiczny. Ogniwa słoneczne składają się z dwóch różnych typów półprzewodników – typu p i typu n – które są połączone ze sobą, tworząc złącze p-n. Łącząc te dwa typy półprzewodników, w obszarze złącza powstaje pole elektryczne, gdy elektrony przemieszczają się na dodatnią stronę p, a tzw. „dziury” (atomy posiadające puste miejsca po elektronach ) na ujemną stronę n. To pole powoduje, że ujemnie naładowane cząstki poruszają się w jednym kierunku, a dodatnio naładowane cząstki w drugim.

Światło składa się z fotonów, które są po prostu małymi wiązkami promieniowania elektromagnetycznego lub energii. Te fotony mogą być absorbowane przez ogniwo fotowoltaiczne – rodzaj ogniwa, z którego składają się panele słoneczne. Kiedy na te komórki pada światło o odpowiedniej długości fali, energia z fotonu jest przenoszona do atomu materiału półprzewodnikowego w złączu p-n.

W szczególności energia jest przenoszona na elektrony w materiale. To powoduje, że elektrony przeskakują do wyższego stanu energii, znanego jako pasmo przewodnictwa. To pozostawia „dziurę” w paśmie walencyjnym, z którego wyskoczył elektron. Ten ruch elektronu w wyniku dodatkowej energii tworzy dwa nośniki ładunku, parę elektron-dziura.

Podsumowanie efektu fotowoltaicznego

Nie wzbudzone elektrony trzymają razem materiał półprzewodnikowy, tworząc wiązania z otaczającymi atomami, a zatem nie mogą się poruszać. Jednak w stanie wzbudzonym w paśmie przewodnictwa te elektrony mogą swobodnie poruszać się po materiale. Z powodu pola elektrycznego, które istnieje w wyniku połączenia p-n, elektrony i dziury poruszają się w przeciwnym kierunku, niż oczekiwano. Zamiast być przyciąganym do strony p, uwolniony elektron ma tendencję do przemieszczania się na stronę n. Ten ruch elektronu wytwarza w komórce prąd elektryczny. Gdy elektron się poruszy, pozostaje „dziura”. Ten otwór może również się poruszać, ale w kierunku przeciwnym do strony p. To właśnie ten proces wytwarza prąd w komórce modułu fotowoltaicznego.