Работа солнечных элементов

Солнечные (или фотогальванические) ячейки преобразуют энергию солнца в электричество. Независимо от того, украшают ли они ваш калькулятор или вращают вокруг нашей планеты на спутниках, они полагаются на фотоэлектрический эффект: способность вещества испускать электроны, когда свет светится на нем.

Кремний известен как полупроводник. Это означает, что он обладает некоторыми свойствами металлов, что делает его ключевым ингредиентом в солнечных батареях. Давайте подробнее рассмотрим, что происходит, когда солнце светит на солнечную камеру.

Солнечный свет состоит из мельчайших частиц, называемых фотонами, которые излучаются Солнце. Поскольку они попадают на атомы кремния солнечного элемента, они переносят свою энергию на свободные электроны, отталкивая их от атомов. Фотоны можно сравнить с белым шаром в пуле, который передает свою энергию цветным шарам, которые он ударяет.

Освобождение электронов, однако, составляет лишь половину работы солнечного элемента: тогда необходимо, чтобы эти блуждающие электроны превратились в электрический ток. Это связано с созданием электрического дисбаланса внутри ячейки, который действует как уклон, по которому электроны будут течь в одном направлении.

Создание этого дисбаланса стало возможным благодаря внутреннему строению кремния. Его атомы расположены вместе в плотно связанной структуре. Сжимая в эту структуру небольшие количества других элементов, создаются два разных типа кремния: n-тип, который имеет запасные электроны и p-тип, который пропускает электроны, оставляя вместо них «дыры».

Когда эти два материала размещаются вместе внутри солнечного элемента, запасные электроны кремния n-типа перепрыгивают, чтобы заполнить промежутки в кремнии p-типа. Это означает, что кремний n-типа становится положительно заряженным, а кремний p-типа отрицательно заряжен, создавая электрическое поле в ячейке. Поскольку кремний является полупроводником, он может действовать как изолятор, сохраняя этот дисбаланс.

Поскольку фотоны разрывают электроны от атомов кремния, это поле приводит их в порядок, обеспечивая вычисление электрического тока и мощности, спутники и все между ними.