Generarea energiei fotovoltaice este o tehnologie care convertește direct energia luminii în energie electrică, folosind efectul de volți fotovoltaici al interfeței semiconductoare. Componenta cheie a acestei tehnologii este celula solară. După ce celula solară este încapsulată și protejată în serie, se poate forma o suprafață mare de module de celule solare și apoi combinate cu componente precum controlerele de putere, se formează un dispozitiv de generare a energiei fotovoltaice.
Principiul generarii de energie a celulelor solare
1. Semiconductori de tip N și semiconductori de tip P
Semiconductori intrinseci, este un semiconductor pur cu structuri cristaline care formează legături covalente între atomi. Cei doi electroni din legătura covalentă se numesc electroni de valență.
Electronii de valență se pot elibera de cătușele nucleului și devin electroni liberi (încărcați negativ) după ce obțin o anumită cantitate de energie (creștere a temperaturii sau iluminare), în timp ce lasă un loc liber în legătura covalentă, care se numește gaură (încărcată pozitiv). ). Atât electronii liberi, cât și găurile sunt numiți purtători, iar numărul de purtători în semiconductori intrinseci este extrem de mic, conductivitatea electrică este foarte slabă.
Încorporarea unor urme de impurități (unele elemente) în semiconductorul intrinsec formează un semiconductor de impurități, care îi poate îmbunătăți conductivitatea.
Adăugarea de fosfor pentavalent înlocuiește atomul de siliciu, iar patru din cei cinci electroni exteriori ai stratului exterior al atomului de fosfor formează o legătură covalentă cu atomii semiconductori din jur, iar electronul suplimentar este aproape nelegat și mai ușor să devină un electron liber. Prin urmare, numărul de electroni liberi crește după dopare, iar conducerea electronilor liberi devine principalul mod conductiv al acestui semiconductor, numit semiconductor de tip N.
Când borul trivalent este încorporat pentru a înlocui atomul de siliciu, se creează o „găură” atunci când cei trei electroni exteriori ai stratului exterior al atomului de bor formează o legătură covalentă cu atomii semiconductori din jur. Prin urmare, numărul de găuri după dopare crește semnificativ, iar conducerea găurilor devine principala metodă conductivă a acestui semiconductor, numit semiconductor de tip P.
Ambele semiconductoare de tip N și de tip P sunt neutre și nu prezintă proprietăți electrice la exterior.
Electronii semiconductorilor de tip N sunt purtători majoritari, iar găurile sunt purtători minoritari.
Găurile semiconductoarelor de tip P sunt purtători majoritari, iar electronii sunt purtători minoritari.
2. „joncțiune PN” și „efect de volți fotovoltaici”
Joncțiunea PN este compusă dintr-o regiune dopată N și o regiune dopată de tip P aflate în contact strâns. Pe o bucată completă de plachetă de siliciu, sunt utilizate diferite procese de dopaj pentru a forma semiconductori de tip N pe o parte și semiconductori de tip P pe cealaltă parte. Regiunea din apropierea interfeței celor două tipuri de semiconductori este joncțiunea PN. Structura de bază a unei celule solare este o joncțiune PN plană cu suprafață mare.
Când lumina soarelui lovește joncțiunea PN, joncțiunea PN absoarbe energie luminoasă pentru a excita electroni și găuri, generând tensiune în joncțiunea PN, numită „efect de volți fotovoltaici” sau pur și simplu „efect fotovoltaic”.
