Fotovoltaika - technologie

Fotovoltaika je nejlépe známá jako metoda pro výrobu elektrické energie pomocí solárních panelů, které přeměňují energii ze slunce na elektřinu. Fotony slunečního záření dopadají na P-N přechod a svou energií vyrážejí elektrony. Takto vzniklé volné elektrony se pomocí elektrod odvedou ke střídači, který je převede na střídavé napětí o velikosti a frekvenci shodné s distribuční soustavou. Téměř všechny fotovoltaická zařízení jsou určitým typem fotodiody.

Od dob svého vynalezení se solární buňky změnily velmi málo. Jsou složeny ze dvou vrstev polovodičového materiálu (typicky z křemíku), které jsou umístěny mezi dvěma kovovými elektrodami. Jedna z vrstev - materiál typu N obsahuje velké množství negativně nabitých elktronů, kdežto druhá vrstva - materiál typu P obsahuje velké množství "děr", které se dají popsát jako prázdná místa, která snadno akceptují elektrony. V místě kde jsou tyto dvě vrstvy spojeny dojde ke spárování elektronů s děrami čímž se vytvoří elektrické pole, které zabrání dalším elektronům v pohybu z N-vrstvy do P-vrstvy. Když dopadne foton o správné vlnové délce na toto spojení tak vyrazí některé spárované elektrony z děr. Elektrické pole poté tlačí tyto volné elektrony a díry v opačném směru což vede k přebytku volných elektronů v N-vrstvě a přebytku děr (nedostatku elektronů) v P-vrstvě. Pokud se elektrody propojí vnějším obvodem tak tento vytvoří cestu pro přebytečné elektrony a tím elektrický proud.

Solární články vyžadují ochranu před vlivy prostředí a proto jsou obvykle umístěny pod ochrannou skleněnou deskou. Jelikož energie dodaná jedním článkem je nedostatečná tak tyto jsou spolu pospojovány a spolu tvoří solární panel. Jeden solární panel poskytuje dostatek výkonu na napájení jednoduchých zařízení jako je nouzový telefon, ale pro napájení domu či jako elektrárna jsou jednotlivé solární panely uspořádány do solárních polí.

Technologie tlustých vrstev

Fotovoltaický článek je tvořen velkoplošnou polovodičovou p-n diodou. Tyto články se vyrábějí z křemíkových plátků, ať už z monokrystalického nebo polykrystalického křemíku. V současné době se touto technologií vyrábí více než 85% solárních článků na trhu.

Technologie tenkých vrstev

Fotovoltaický článek je tvořen nosnou plochou (například sklem, textilií a podobně), na které jsou napařené velmi tenké vrstvy amorfního nebo mikrokrystalického křemíku. Množství materiálu, použitého pro výrobu tenkovrstvého fotovoltaického článku, je nižší, než u tlustých vrstev, takže články jsou lacinější. Nevýhodou současných tenkovrstvých fotovoltaických článků je nižší účinnost a nižší životnost.

Nekřemíkové technologie

Na rozdíl od předešlých dvou se pro konverzi světla na elektrickou energii nepoužívá tradiční P-N polovodičkový přechod. Používají se různé organické sloučeniny, polymery a podobně. Tyto technologie jsou většinou ve stadiu výzkumů.