Co to jest efekt fotowoltaiczny?
Co to jest efekt fotowoltaiczny?
Efekt fotowoltaiczny to reakcja zachodząca, gdy promienie słoneczne padają na panel fotowoltaiczny. W wyniku tego procesu powstają nośniki ładunków elektrycznych, które przekształcają się w prąd elektryczny gotowy do użycia. Odkrycia tego efektu dokonał w 1839 roku francuski fizyk Aleksander Edmund Becquerel, który stworzył pierwszy prototyp ogniwa fotowoltaicznego.
Przeczytaj także:
● Jaki jest optymalny kat nachylenia paneli fotowoltaicznych?
● Fotowoltaika wschód zachód – czy jest to efektywne rozwiązanie?
Kiedy powstało pierwsze ogniwo fotowoltaiczne?
Francuski fizyk Alexandre-Edmund Becquerel stworzył pierwszy prototyp ogniwa słonecznego w 1839 roku. Jego badania zapoczątkowały analizę efektu fotowoltaicznego, którą kontynuowały kolejne pokolenia rodziny Becquerel. W efekcie Henry Becquerel zdobył Nagrodę Nobla w 1903 roku, co przyczyniło się do dalszego zainteresowania naukowców możliwościami wykorzystania światła słonecznego w produkcji energii.
Kolejni badacze, tacy jak Charles Fritts, Russell Ohl czy Philipp Lenard, przyczynili się do rozwoju technologii słonecznych. Charles Fritts zbudował pierwszy panel słoneczny z ogniwami selenowymi, który umieścił na dachu budynku w Nowym Jorku. Pomimo że wydajność tego typu ogniw wynosiła zaledwie 1%, jego prace zapoczątkowały rozwój fotowoltaiki.
Albert Einstein, dzięki sformułowaniu teorii kwantowej zjawiska fotoelektrycznego, zdobył Nagrodę Nobla w 1921 roku. Jego teoria wyjaśniła, że energia fotonu może przekroczyć energię wiązania elektronu, co pozwala na jego oderwanie i generowanie prądu w ogniwach fotowoltaicznych. Na tej zasadzie bazuje współczesna technologia przetwarzania światła słonecznego na energię elektryczną.
Czym jest efekt fotowoltaiczny?
Efekt fotowoltaiczny to proces zachodzący wewnątrz półprzewodnika, wywołany działaniem promieni słonecznych, który prowadzi do powstania nośników ładunku. Gdy energia słoneczna dociera do kryształu krzemu, znajdujące się w nim elektrony zostają wybite, tworząc tzw. "dziury elektronowe". Elektron, który przejął energię fotonu, przechodzi w stan wzbudzenia, przemieszczając się w przeciwną stronę do powstałej dziury, co prowadzi do rekombinacji.
W standardowych ogniwach stosuje się złącze p-n, składające się z dwóch półprzewodników o różnych właściwościach przewodzenia. W półprzewodniku typu N (negative) dominują elektrony, natomiast w typie P (positive) dominują dziury o dodatnim ładunku. W wyniku różnicy potencjałów i przepływu cząstek w złączu powstaje napięcie, które można wykorzystać. Powstały prąd stały trafia do falownika (inwertera), który przekształca go na prąd zmienny, pozwalając na zasilanie domowych urządzeń lub sprzętów w przedsiębiorstwie.
Zjawisko fotowoltaiczne – dlaczego wykorzystuje się krzem w panelach fotowoltaicznych?
Krzem, półprzewodnik powszechnie wykorzystywany w elektronice i fotowoltaice, występuje naturalnie w takich materiałach jak piasek czy gleba. Ze względu na specyficzną strukturę atomową, idealnie nadaje się do przewodzenia prądu. Przed zastosowaniem w fotowoltaice krzem musi zostać odpowiednio oczyszczony w procesie chemicznym, który przebiega w temperaturze 1800 stopni Celsjusza, w wyniku czego powstaje polikrzem. Kolejne etapy obróbki prowadzą do nadania mu pożądanej struktury krystalicznej. W fotowoltaice popularne są obecnie ogniwa monokrystaliczne, polikrystaliczne i amorficzne, różniące się od siebie właściwościami i wyglądem.
Czym jest efekt fotoelektryczny wewnętrzny i zewnętrzny?
Zjawisko fotoelektryczne polega na tym, że światło padające na powierzchnię materiału powoduje emisję elektronów. Istnieją dwie formy tego efektu:
● efekt fotoelektryczny zewnętrzny, gdzie elektrony są uwalniane z powierzchni materiału
● efekt fotoelektryczny wewnętrzny, który polega na przenoszeniu ładunków między pasmami energetycznymi wewnątrz materiału pod wpływem naświetlenia.
W przypadku efektu wewnętrznego, energia kinetyczna elektronów nie zależy od natężenia światła, ale od jego częstotliwości. Zjawisko to, mające zastosowanie w technologii fotowoltaicznej, wyjaśnił matematycznie Albert Einstein.