تولید برق فتوولتائیک فناوری است که مستقیماً انرژی نور را با استفاده از اثر ولتهای فتوولتائیک رابط نیمه هادی به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. جزء کلیدی این فناوری سلول خورشیدی است. پس از اینکه سلول خورشیدی به صورت سری محصور و محافظت میشود، میتوان سطح وسیعی از ماژولهای سلول خورشیدی را تشکیل داد و سپس با اجزایی مانند کنترلکنندههای برق ترکیب شد، یک دستگاه تولید برق فتوولتائیک تشکیل میشود.
اصل تولید انرژی سلول خورشیدی
1. نیمه هادی های نوع N و نیمه هادی های نوع P
نیمه هادی های ذاتی، نیمه هادی های خالص با ساختارهای کریستالی است که بین اتم ها پیوند کووالانسی تشکیل می دهند. دو الکترون موجود در پیوند کووالانسی را الکترون های ظرفیتی می نامند.
الکترونهای ظرفیتی میتوانند پس از به دست آوردن مقدار معینی انرژی (افزایش دما یا روشنایی) از قید هسته جدا شده و به الکترونهای آزاد (با بار منفی) تبدیل شوند، در حالی که در پیوند کووالانسی جای خالی باقی میگذارند که به آن سوراخ میگویند (با بار مثبت). ). هم الکترون های آزاد و هم حفره ها حامل نامیده می شوند، و تعداد حامل ها در نیمه هادی های ذاتی بسیار کم است، رسانایی الکتریکی بسیار ضعیف است.
ادغام مقادیر کمی از ناخالصی ها (برخی عناصر) در نیمه هادی ذاتی، یک نیمه هادی ناخالصی را تشکیل می دهد که می تواند رسانایی آن را افزایش دهد.
افزودن فسفر پنج ظرفیتی جایگزین اتم سیلیکون می شود و چهار الکترون از پنج الکترون خارجی لایه بیرونی اتم فسفر با اتم های نیمه هادی اطراف یک پیوند کووالانسی تشکیل می دهند و الکترون اضافی تقریباً غیرمجاز است و راحت تر تبدیل به یک الکترون آزاد می شود. بنابراین تعداد الکترون های آزاد پس از دوپینگ افزایش می یابد و هدایت الکترون آزاد به حالت رسانای اصلی این نیمه هادی تبدیل می شود که نیمه هادی نوع N نامیده می شود.
هنگامی که بور سه ظرفیتی برای جایگزینی اتم سیلیکون ترکیب می شود، زمانی که سه الکترون بیرونی لایه بیرونی اتم بور با اتم های نیمه هادی اطراف یک پیوند کووالانسی تشکیل می دهند، "حفره" ایجاد می شود. بنابراین تعداد سوراخ ها پس از دوپینگ به میزان قابل توجهی افزایش می یابد و هدایت سوراخ به روش اصلی رسانای این نیمه هادی تبدیل می شود که به آن نیمه هادی نوع P می گویند.
هر دو نیمه هادی نوع N و نوع P خنثی هستند و خواص الکتریکی را به بیرون نشان نمی دهند.
الکترون های نیمه هادی های نوع N حامل اکثریت و حفره ها حامل اقلیت هستند.
سوراخ های نیمه هادی های نوع P حامل اکثریت و الکترون ها حامل اقلیت هستند.
2. "اتصال PN" و "اثر ولتهای فتوولتائیک"
محل اتصال PN از یک ناحیه دوپینگ N و یک ناحیه دوپینگ نوع P در تماس نزدیک تشکیل شده است. روی یک قطعه کامل ویفر سیلیکونی، فرآیندهای دوپینگ مختلف برای تشکیل نیمه هادی های نوع N در یک طرف و نیمه هادی های نوع P در سمت دیگر استفاده می شود. ناحیه نزدیک به رابط این دو نوع نیمه هادی، محل اتصال PN است. ساختار اصلی یک سلول خورشیدی یک اتصال PN مسطح مساحت بزرگ است.
هنگامی که نور خورشید به اتصال PN برخورد می کند، اتصال PN انرژی نور را برای تحریک الکترون ها و حفره ها جذب می کند و ولتاژی را در اتصال PN ایجاد می کند که به آن "اثر ولتاژ فتوولتائیک" یا به سادگی "اثر فتوولتائیک" می گویند.
