Ogniwa fotowoltaiczne są jednym z podstawowych elementów systemów fotowoltaicznych. Te z kolei, cieszą się coraz większą popularnością. Przyczyn takiego stanu rzeczy jest bardzo dużo: niezależność, jeśli chodzi o dostawy energii elektrycznej, niższe koszty związane z opłatami za prąd czy względy ekologiczne. Rodzajów instalacji fotowoltaicznych jest bardzo dużo. Nie wszyscy jednak wiedzą, jak dokładnie są zbudowane ogniwa fotowoltaiczne, a co za tym idzie, jak dokładnie działają. W naszym poniższym artykule, omówimy dokładnie, jak wyglądają oraz jak działają ogniwa fotowoltaiczne.
Ogniwa fotowoltaiczne – jak są zbudowane?
Budowa ogniwa fotowoltaicznego wbrew pozorom nie jest bardzo skomplikowana. Tak jest zarówno w przypadku budowy ogniw polikrystalicznych jak i monokrystalicznych. To, co jest wspólne dla obu ich rodzajów, to fakt, że muszą być one zbudowane z materiału, który będzie posiadał właściwości półprzewodnika. Właśnie z tego względu, ogniwa fotowoltaiczne są tworzone z takich pierwiastków jak krzem, selen czy german. Zdecydowanie najczęściej jednak spotkać można instalacje fotowoltaiczne, które zbudowane są z krzemu. Decyduje o tym fakt, że to właśnie krzem posiada na swojej ostatniej powłoce aż cztery elektrony walencyjne. Zważywszy na fakt, że energia, która pozyskiwana jest za pomocą instalacji fotowoltaicznej opiera się na zjawisku chemicznym, które nazywane jest fotoemisją, krzem jest idealnym pierwiastkiem przeznaczonym do tego celu.
Fotoogniwo – jak wygląda jego budowa?
Samo fotoogniwo, zbudowane jest aż z dwóch warstw fotoprzewodnika. Krzem idealnie łączy się z selenem, a dzięki temu udaje się uzyskać jeszcze większą liczbę elektronów walencyjnych na ostatniej powłoce. Pierwsza warstwa ogniwa fotowoltaicznego, jest bardzo cienka. Znajduje się ona na górze a nazywana jest ona “warstwą n”. Druga warstwa fotoogniwa, znajduje się na dole i jest zdecydowanie grubsza niż warstwa n. Warstwę n od warstwy dolnej, oddziela bariera potencjałów. Dzięki temu, tworzone są połączenia o nazwie p-n.
Procesy, które zachodzą wewnątrz ogniwa fotowoltaicznego
Skoro wiemy już, jak dokładnie zbudowane są pojedyncze ogniwa fotowoltaiczne, pora przyjrzeć się temu, co dokładnie dzieje się w ich wnętrzu. Sam proces jest dość prosty. Na samym początku procesu fotoemisji, fotony typu p, zderzają się z elektronami. W czasie tego procesu, fotony przekazują całą swoją energię elektronom. Warunkiem, który musi zostać spełniony aby doszło do pełnego procesu fotoemisji jest to, że moc, która została w czasie tego zderzenia przekazana, musi być wystarczająco duża. Jeśli tak jest, następuje tzw. wybicie elektronów z orbit atomowych. Następstwem tego procesu jest to, że każdy z elektronów, otrzymuje ładunek +e. Co dzieje się z miejscem, w którym poprzednio znajdowały się elektrony? Zasadniczo – nic wielkiego. Powstaje tam dziura, która naukowo jest nazywana dziurą typu n.
Co wpływa na wydajność ogniw fotowoltaicznych?
Jak łatwo zauważyć, sam proces fotoemisji, który zachodzi wewnątrz ogniw fotowoltaicznych, nie jest skomplikowany. Jednakże to właśnie od jego intensywności zależy to, jak wydajna będzie nasza instalacja fotowoltaiczna. W przypadku ogniw monokrystalicznych, intensywność tego procesu jest znacznie większa, aniżeli ma to miejsce w przypadku ogniw polikrystalicznych. Właśnie z tego względu instalacje monokrystaliczne – szczególnie jeśli mówimy o warunkach laboratoryjnych – odznaczają się znacznie wyższą sprawnością, niż ma to miejsce w przypadku ogniw polikrystalicznych. Dla porównania: sprawność systemu fotowoltaiki określanego jako monokrystaliczny, w warunkach laboratoryjnych, wynosi około 45-47%. W przypadku systemu fotowoltaicznego polikrystalicznego, sprawność ta – również w warunkach laboratoryjnych – spada do około 20%.
Inne rodzaje ogniw fotowoltaicznych
Oczywiście ogniwa fotowoltaiczne nie są wykonywane tylko i wyłącznie z krzemu. Jak już zostało wspomniane na samym początku – mogą być one tworzone także z selenu czy germanu. Nadal jednak te pierwiastki nie cieszą się tak dużą popularnością, jak ma to miejsce w przypadku krzemu. Pamiętajmy o tym, że najważniejsza dla nas, jako osób, które zamierzają korzystać z instalacji fotowoltaicznej, najważniejsza jest ich wydajność oraz sprawność. Praw i zasad chemicznych nie jesteśmy w stanie oszukać – do tego, aby proces fotoemisji był jak najbardziej wydajny, a co za tym idzie – aby do naszego gospodarstwa domowego dostarczane była jak największa ilość prądu – niezbędne jest to, aby liczba elektronów walencyjnych pierwiastka z którego zbudowana jest instalacja fotowoltaiczna, była jak największa. Być może za jakiś czas, jeśli postęp naukowy na to pozwoli, dojdzie do sytuacji, w której systemy fotowoltaiczne będą tworzone z innych pierwiastków niż krzem, selen czy german. Póki co, pozostaje to jednak w sferze domysłów i gdybań.
