> Nyheter > Bedriftsnyheter

Hva er fotovotaikk?

2022-12-22

Fotovoltaikk er direkte konvertering av lys til elektrisitet på atomnivå. Noen materialer viser en egenskap kjent som den fotoelektriske effekten som får dem til å absorbere fotoner av lys og frigjøre elektroner. Når disse frie elektronene fanges opp, oppstår det en elektrisk strøm som kan brukes som elektrisitet.

Den fotoelektriske effekten ble først bemerket av en fransk fysiker, Edmund Bequerel, i 1839, som fant ut at visse materialer ville produsere små mengder elektrisk strøm når de ble utsatt for lys. I 1905 beskrev Albert Einstein lysets natur og den fotoelektriske effekten som fotovoltaisk teknologi er basert på, som han senere vant en Nobelpris i fysikk for. Den første solcellemodulen ble bygget av Bell Laboratories i 1954. Den ble fakturert som et solcellebatteri og var stort sett bare en kuriositet da den var for dyr til å få utbredt bruk. På 1960-tallet begynte romindustrien å gjøre den første seriøse bruken av teknologien for å gi kraft ombord i romfartøy. Gjennom romprogrammene avanserte teknologien, dens pålitelighet ble etablert, og kostnadene begynte å synke. Under energikrisen på 1970-tallet fikk fotovoltaisk teknologi anerkjennelse som en kraftkilde for applikasjoner utenfor romfart.

Diagrammet ovenfor illustrerer driften av en grunnleggende fotovoltaisk celle, også kalt en solcelle. Solceller er laget av de samme typer halvledermaterialer, som silisium, som brukes i mikroelektronikkindustrien. For solceller er en tynn halvlederplate spesialbehandlet for å danne et elektrisk felt, positivt på den ene siden og negativt på den andre. Når lysenergi treffer solcellen, slås elektroner løs fra atomene i halvledermaterialet. Hvis elektriske ledere er festet til de positive og negative sidene, og danner en elektrisk krets, kan elektronene fanges opp i form av en elektrisk strøm - det vil si elektrisitet. Denne elektrisiteten kan deretter brukes til å drive en last, for eksempel et lys eller et verktøy.

En rekke solceller som er elektrisk koblet til hverandre og montert i en bærekonstruksjon eller ramme kalles en solcellemodul. Moduler er designet for å levere strøm ved en viss spenning, for eksempel et vanlig 12 volt system. Strømmen som produseres er direkte avhengig av hvor mye lys som treffer modulen.

Dagens vanligste PV-enheter bruker et enkelt kryss, eller grensesnitt, for å skape et elektrisk felt i en halvleder som en PV-celle. I en enkeltkryss PV-celle kan bare fotoner hvis energi er lik eller større enn båndgapet til cellematerialet frigjøre et elektron for en elektrisk krets. Med andre ord, den fotovoltaiske responsen til enkeltkryssceller er begrenset til den delen av solens spektrum hvis energi er over båndgapet til det absorberende materialet, og fotoner med lavere energi brukes ikke.

En måte å omgå denne begrensningen på er å bruke to (eller flere) forskjellige celler, med mer enn ett båndgap og mer enn ett kryss, for å generere en spenning. Disse blir referert til som "multijunction"-celler (også kalt "kaskade" eller "tandem"-celler). Multijunction-enheter kan oppnå en høyere total konverteringseffektivitet fordi de kan konvertere mer av energispekteret til lys til elektrisitet.

Som vist nedenfor er en multikryssenhet en stabel med individuelle enkeltkryssceller i synkende rekkefølge etter båndgap (f.eks.). Den øverste cellen fanger opp høyenergifotonene og sender resten av fotonene videre for å bli absorbert av celler med lavere båndgap.

Mye av dagens forskning på multijunction-celler fokuserer på galliumarsenid som en (eller alle) av komponentcellene. Slike celler har nådd effektiviteter på rundt 35 % under konsentrert sollys. Andre materialer studert for multijunction-enheter har vært amorft silisium og kobberindiumdiselenid.

Som et eksempel bruker multijunction-enheten nedenfor en toppcelle av galliumindiumfosfid, "et tunnelkryss," for å hjelpe strømmen av elektroner mellom cellene, og en bunncelle av galliumarsenid.

Tidligere:Hvorfor bør du gå for solcelle?

Neste:Hva er en kombinasjonsboks i solenergi?