|
Laboratorium Fotowoltaiczne
Instytutu Metalurgii i Inżynierii Materiałowej Polskiej Akademii Nauk |
|
ZASADY DZIAŁANIA OGNIWA FOTOWOLTAICZNEGO |
|
|
Ogniwa fotowoltaiczne czyli tzw. ogniwa słoneczne są to urządzenia, które zamieniają energię promieniowania słonecznego bezpośrednio w energię elektryczną. Większość ogniw fotowoltaicznych wytwarzanych obecnie oparta jest na półprzewodnikowych złączach n-p.
W obszarze złącza n-p istnieje obszar przejściowy, w którym występuje tzw. wbudowane pole elektryczne. Obszar ten zwany jest obszarem zubożonym, obszarem ładunku przestrzennego lub warstwą zaporową. Występują w nim tylko ładunki zjonizowanych atomów zlokalizowane w węzłach sieci krystalograficznej (ładunek przestrzenny). Zasadę działania ogniwa słonecznego posiadające złącze n-p można opisać następująco: Fotony o energii większej od szerokości przerwy energetycznej są absorbowane przez elektrony walencyjne w wyniku, czego następuje ich wzbudzenie i przejście z pasma walencyjnego do pasma przewodzenia. Każdy zaabsorbowany foton generuje praktycznie tylko jedną parę nośników ładunku elektron i dziurę. |
Ogniwo słoneczne z krzemu multikrystalicznego 10 cm x 10 cm wykonane w Laboratorium Fotowoltaicznym IMIM PAN w Kozach.
|
Jakkolwiek możliwe są również mechanizmy generacji większej ilości par nośników ładunków przez wysokoenergetyczny foton lub generacji jednej pary nośników przez wiele fotonów niskoenergetycznych, to jednak nie odgrywają one praktycznie żadnej roli w obecnie produkowanych ogniwach słonecznych. W wyniku generacji powstają nadmiarowe nośniki ładunku w całej objętości ogniwa tzn. w obszarze typu p , n i w obszarze zubożonym. Generowane elektrony w półprzewodniku typu p i dziury w półprzewodniku n, o ile nie ulegną procesowi rekombinacji zostają rozdzielone przez pole elektryczne złącza. Elektrony przedostając się do obszaru typu n, a dziury do obszaru typu p stają się nośnikami większościowymi. Prowadzi to do powstania różnicy potencjałów pomiędzy kontaktami omowymi do półprzewodnika typu n i typu p. Powstanie różnicy potencjałów tzn. napięcia pod wpływem oświetlenia nazywa się efektem fotowoltaicznym. Jeśli do obu kontaktów zostanie podłączone obciążenie wówczas popłynie przez nie prąd elektryczny.
Ogniwo słoneczne z krzemu monokrystalicznego 10 cm x 10 cm wykonane w Laboratorium Fotowoltaicznym IMIM PAN w Kozach.
|
Istnienie złącza półprzewodnikowego nie jest, jak kiedyś uważano niezbędnym elementem ogniwa fotowoltaicznego. Przykładem mogą być ogniwa barwnikowe lub polimerowe, w których nie ma złącza. W związku z rozwojem badań nad nowymi typami ogniw fotowoltaicznych podjęte są próby zbudowania uniwersalnego modelu fotowoltaicznych przyrządów, które nie są oparte na półprzewodnikowych złączach. Podstawowym warunkiem powstania akcji fotowoltaicznej w każdego rodzaju ogniwach jest by absorbowany foton wzbudzał elektrony ze stanu o niskiej energii do stanu o wyższej energii. Następnym warunkiem jest odbiór nośników przez selektywne energetycznie kontakty tak żeby wzbudzone elektrony były transportowane do wysokoenergetycznego kontaktu ujemnego natomiast niskoenergetyczne ładunki do niskoenergetycznego kontaktu dodatniego.
[M.A.Green, 2002] |
| photovoltaic_principles (ENG).pdf |
|
Laboratorium Fotowoltaiczne
Instytutu Metalurgii i Inżynierii Materiałowej Polskiej Akademii Nauk |
|
Laboratorium Fotowoltaiczne
Instytutu Metalurgii i Inżynierii Materiałowej Polskiej Akademii Nauk |
© 2016 KGI FoxKrak. All Rights Reserved.