Що таке фотовотаіка?

Наведена вище схема ілюструє роботу основного фотоелектричного елемента, який також називають сонячним елементом. Сонячні батареї виготовляються з тих самих напівпровідникових матеріалів, як кремній, які використовуються в мікроелектронній промисловості. Для сонячних елементів тонку напівпровідникову пластину спеціально обробляють для формування електричного поля, позитивного з одного боку та негативного з іншого. Коли світлова енергія потрапляє на сонячний елемент, електрони вириваються з атомів напівпровідникового матеріалу. Якщо електричні провідники приєднати до позитивної та негативної сторін, утворюючи електричне коло, електрони можуть бути захоплені у вигляді електричного струму, тобто електрики. Цю електроенергію потім можна використовувати для живлення навантаження, наприклад світла чи інструменту.

Декілька сонячних елементів, електрично з’єднаних один з одним і встановлених в опорну конструкцію або каркас, називають фотоелектричним модулем. Модулі призначені для живлення електроенергією при певній напрузі, наприклад, у звичайній системі 12 вольт. Вироблений струм безпосередньо залежить від того, скільки світла потрапляє на модуль.

Найпоширеніші сучасні фотоелектричні пристрої використовують єдиний з’єднання або інтерфейс для створення електричного поля всередині напівпровідника, такого як фотоелектричний елемент. У фотоелектричній комірці з одним переходом лише фотони, енергія яких дорівнює або перевищує ширину забороненої зони матеріалу комірки, можуть звільнити електрон для електричного кола. Іншими словами, фотоелектричний відгук одноперехідних елементів обмежений частиною сонячного спектру, енергія якої перевищує заборонену зону поглинаючого матеріалу, і фотони з меншою енергією не використовуються.

Одним із способів обійти це обмеження є використання двох (або більше) різних комірок з більш ніж однією забороненою зоною та більш ніж одним з’єднанням для генерування напруги. Їх називають «багатоперехідними» клітинами (також називають «каскадними» або «тандемними» клітинами). Багатоперехідні пристрої можуть досягти вищої загальної ефективності перетворення, оскільки вони можуть перетворювати більшу частину енергетичного спектру світла в електрику.

Як показано нижче, багатоперехідний пристрій являє собою стек окремих одноперехідних комірок у порядку спадання забороненої зони (Eg). Верхня комірка захоплює фотони високої енергії та передає решту фотонів для поглинання комірками з меншою забороненою зоною.