Fotowoltaika jest to dziedzina energetyki słonecznej związana z bezpośrednią konwersją energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną, zachodzi w sposób elektronowy w wyniku zjawiska fotowoltaicznego wewnętrznego. Podstawą działania ogniw fotowoltaicznych jest wewnętrzny efekt fotowoltaiczny polegający na wybijaniu elektronów z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa w półprzewodniku pod wpływem działania promieniowania o określonej długości fali. Elektrony w półprzewodnikach mogą się znajdować na ustalonych poziomach energetycznych, Podstawy fotowoltaiki pomiędzy poziomami zaś jest przerwa (energetyczna). Elektron będący na niższym poziomie energetycznym może przejść na wyższy. Jeśli foton promieniowania słonecznego ma wystarczająco dużą energię, może on wybić elektron do pasma przewodnictwa.

 

Pierwszy raz zjawisko fotowoltaiczne zostało zaobserwowane w 1839 roku przez Henri’ego Becquerela. Zauważył on występowanie potencjału elektrycznego na naświetlanej elektrodzie zanurzonej w elektrolicie. Zjawisko to przez wiele lat pozostawało niewytłumaczone. Dopiero Albert Einstein w 1905 roku opisał powstawanie efektu fotoelektrycznego, za co otrzymał nagrodę Nobla. Pierwsze ogniwo fotowoltaiczne o sprawności około 6% zostało stworzone w 1954 roku w Bell Laboratories w Stanach Zjednoczonych. Oparte było ono na krzemowym złączu p-n. W 1958 roku w kosmos wystrzelony został pierwszy satelita zasilany ogniwami fotowoltaicznymi. Od tego momentu na wiele lat rozwój fotowoltaiki został związany głównie z odkrywaniem kosmosu, budowaniem satelitów i statków kosmicznych.

 

zobacz także:

Fotowoltaika w liczbach

Czy ogniwa fotowoltaiczne drugiej generacji zdominują rynek?

 

Ogniwa fotowoltaiczne

 

Typowe ogniwa fotowoltaiczne zbudowane są ze złącza p-n, jest to połączenie dwóch półprzewodników o różnym domieszkowaniu. Półprzewodniki wykorzystywane w energetyce słonecznej to materiały o takiej szerokości przerwy energetycznej, która umożliwia przechodzenie elektronów pomiędzy poziomami energetycznymi pod wpływem promieniowania słonecznego. W materiałach tego typu może zachodzić efekt fotowoltaiczny. Uzupełniając materiał półprzewodnikowy innymi pierwiastkami można otrzymać materiał posiadający więcej swobodnych elektronów (typ n) lub więcej dziur (typ p). Łącząc materiał półprzewodnikowy typu p oraz typu n, otrzymuje się złącze p-n. W złączu takim na styku dwóch materiałów powstaje pole elektryczne, które rozdziela powstające pod wpływem działania promieniowania słonecznego pary elektron – dziura. Zamknięcie obwodu elektrycznego spowoduje przepływ prądu pod warunkiem oświetlania złącza. Na rysunku 1 przedstawiono schemat krzemowego ogniwa fotowoltaicznego. Oprócz opisanego wyżej złącza w ogniwie znajdują się elektrody zbierające ładunek oraz przezroczyste spoiwo chroniące materiał półprzewodnika. Dodatkowo w ogniwie takim może znajdować się warstwa antyrefleksyjna zapewniająca lepszą absorpcję promieniowania w ogniwie.

 

Bogusław Pieczykolan
EKOpower21

Czytaj całość w GlobEnergia 5/2011

okładka-globenergia-5-2011Image47