Jak rozumieć dane techniczne panelu?efekt fotowoltaicznyIle energii produkuje panel?


Działanie efektu fotowoltaicznego na poziomie atomowym

Atomy krzemu podobnie jak innych pierwiastków składają się z jądra zbudowanego z protonów i neutronów oraz elektronów które krążą wokół jądra. Protony posiadają ładunek dodani (+e), a elektrony ujemny (-e). Elektrony w atomie krążą po różnych orbitach. Te położone blisko jądra są elektronami o tzw. Niskim poziomie energii, a te krążące dalej posiadają wyższy poziom energetyczny. Elektrony, które znajdują się na najdalej usytuowanej od jądra powłoce mają najwyższy poziom energii i są nazywane elektronami walencyjnymi. Dostarczenie do atomu energii z zewnątrz może spowodować zmianę poziomu energetycznego elektronów. Gdy doprowadzimy energię do półprzewodnika, nastąpi wybicie elektronów walencyjnych. Atom półprzewodnika, pozbawiony elektronu zyskuje ładunek (+e), a miejsce w którym brakuje elektronu nazywamy dziurą, która to dziura ma ładunek dodatni.

Atom krzemu, posiada 14 elektronów w tym 4 to elektrony walencyjne. Może przyjąć cztery dodatkowe elektrony lub oddać cztery elektrony. Krzem występujący w fazie ciekłej przechodząc do fazy stałej ulega krystalizacji w wyniku, której powstaje kryształ . W krysztale takim każdy atom posiada z sąsiadującym atomem wspólny elektron walencyjny.

W krysztale krzemu pięć atomów Si tworzy komórkę elementarną. Jeden bazowy i cztery dodatkowe, które dzielą z nim elektrony walencyjne. Tak więc kryształ stałego krzemu składa się z poukładanych obok siebie pięcioatomowych komórek elementarnych. Tak ułożone atomy tworzą siatką krystaliczną.

Aby wystąpił efekt fotowoltaiczny do kryształu krzemu wprowadzamy domieszki fosforu, lub boru. Fosforem domieszkuje się tzw. Krzem typu n. W siatce krystalicznej atom fosforu zajmuje miejsce jednego z atomów krzemu, z tym, że fosfor ma nie cztery, ale pięć elektronów walencyjnych, zatem w naszym pojedynczym krysztale pojawia się dodatkowy elektron.

Z kolei z borem uzyskujemy tzw. Krzem typu p. Podobnie jak w przypadku fosforu, atom boru zajmuje w krysztale miejsce atomu krzemu, przyczym atom boru ma trzy elektrony walencyjne. W krysztale tym pojawia się więc tzw. Dziura.

Aby mógł wystąpić efekt fotoelektryczny łączy się ze sobą w ramach jednego kryształu dwa rodzaje półprzewodników. Miejsce styku dwóch rodzajów półprzewodnika nazywa się złączem p-n. Kiedy do ogniwa doprowadzimy niewielką ilość energii, na przykład światło, nadmiar elektronów z obszaru n przepływa przez złącze do obszaru p.

Elektrony zapełniają dziury w obszarze p, natomiast nowe dziury pojawiają się w obszarze n. Zjawisko takie nosi nazwę prądu dziurowego. Jeżeli do obszarów n i p doprowadzimy metalowe kontakty, to na kontakcie obszaru p będziemy mieli ładunek ujemny, a na kontakcie obszaru n ładunek dodatni. Gdy zamkniemy obwód popłynie prąd elektryczny. W fotoogniwie energia z zewnątrz jest doprowadzana do złącza p-n w postaci fotonów. Fotony absorbowane są w obszarze typu p.

Bardzo ważne z punktu widzenia technologii jest takie dopasowanie obszaru typu p, aby zaabsorbował on jak najwięcej fotonów. Drugą istotną sprawą jest niedopuszczenie do rekombinacji fotonów z dziurami, zanim opuszczą one fotocelę. W tym celu projektuje się materiały na fotoogniwa tak aby elektrony uwalniane były jak najbliżej złącza, tak aby pole elektryczne pomagało im przedostać się do obszaru n i dalej do obwodu elektrycznego.


strona 2 z 3 Ile energii wyprodukuje panel?