Efekt fotowoltaiczny, to zjawisko zaobserwowane po raz pierwszy w 1839 roku przez Henriego Becquerela. Zauważył on wówczas, że w naświetlanej elektrodzie zanurzonej w elektrolicie występuje potencjał elektryczny. Zjawisko jednak pozostawało niewytłumaczone, aż do roku 1905. Wtedy Albert Einstein wyjaśnił i opisał efekt fotowoltaiczny, co zostało docenione przez Fundację Nobla. Doświadczalnie ta teza została udowodniona w 1916 roku przez Roberta Millikana. Co ciekawe Polska, również ma swój duży wkład w rozwój fotowoltaiki. Jan Czochralski w 1918 roku opracował metodę wytwarzania monokryształów metali. Do dziś jest to jedna z najpopularniejszych metod do produkcji paneli słonecznych z monokryształów krzemu. Przyjrzyjmy się jednak temu, jak działa zjawisko fotowoltaiczne.
Ogniwa fotowoltaiczne – zasada działania
A czym faktycznie jest tzw. efekt fotowoltaiczny? Tłumacząc w najprostszy sposób, zjawisko fotowoltaiczne polega na produkcji energii elektrycznej poprzez padanie promieniowania słonecznego na ciało stałe. Ciało stałe, które aby wziąć udział w wytwarzaniu energii, musi być półprzewodnikiem. Oznacza to, że musi mieć zdolność przewodzenia prądu elektrycznego, pod wpływem na przykład oświetlania. Zjawisko fotowoltaiczne opiera się na wykorzystywaniu półprzewodników o różnym domieszkowaniu. Aby uzyskać efekt fotowoltaiczny jako półprzewodnika używa się krzemu. Jednak ze względu na jego niezbyt dużą przewodność, instalacje fotowoltaiczne wykorzystują krzem modyfikowany.
Efekt fotowoltaiczny, od technicznej strony
Podstawowym elementem instalacji fotowoltaicznej są ogniwa PV. Ogniwa fotowoltaiczne tworzą złącza P-N, czyli połączone dwa półprzewodniki o różnym domieszkowaniu. Krzem domieszkowany pierwiastkami V grupy pozwala stworzenie półprzewodnika typu N. W takim półprzewodniku znajduje się więcej elektronów niż dziur. Drugi półprzewodnik typu P domieszkuje się pierwiastkami III grupy.
Pod wpływem naświetlania złącza następuje dyfuzja dziur i elektronów, a na jego końcach pojawia się różnica potencjałów. Działanie promieni słonecznych powoduje, że znajdujące się w krzemie elektrony zostają wzbudzone i przechodzą na wyższy poziom energetyczny. Zostają wybite, a poprzez zjawisko przemieszczania się pomiędzy elektrodami, powstaje różnica potencjałów. Pod wpływem promieniowania elektronicznego półprzewodniki sprawiają, że elektrony przechodzą pomiędzy poziomami energetycznymi. Po podłączeniu do ogniwa urządzenia pobierającego energię powstaje przepływ prądu elektrycznego. To zjawisko nazywamy konwersją fotowoltaiczną.
Podstawa działania fotowoltaiki
Jak możemy zauważyć, odkryte już w 1839 roku zjawisko fotowoltaiczne jest podstawą działania metody uzyskiwania energii elektrycznej z wykorzystaniem promieniowania słonecznego. W ten właśnie sposób powstaje ogniwo fotowoltaiczne. Zasada działania wbrew pozorom nie jest tak skomplikowana, a dzięki jej poznaniu jesteśmy w stanie lepiej zrozumieć zasadę działania naszej instalacji fotowoltaicznej.
