> Новости > Новости компании

Что такое фотовотаика?

2022-12-22

Фотовольтаика — это прямое преобразование света в электричество на атомарном уровне. Некоторые материалы обладают свойством, известным как фотоэлектрический эффект, который заставляет их поглощать фотоны света и высвобождать электроны. Когда эти свободные электроны захватываются, возникает электрический ток, который можно использовать в качестве электричества.

Фотоэлектрический эффект был впервые отмечен французским физиком Эдмундом Беккерелем в 1839 году, который обнаружил, что некоторые материалы производят небольшое количество электрического тока при воздействии света. В 1905 году Альберт Эйнштейн описал природу света и фотоэлектрический эффект, на котором основана фотогальваническая технология, за что впоследствии он получил Нобелевскую премию по физике. Первый фотоэлектрический модуль был построен Bell Laboratories в 1954 году. Он был заявлен как солнечная батарея и в основном был просто диковинкой, поскольку был слишком дорогим, чтобы получить широкое распространение. В 1960-х годах космическая промышленность впервые начала серьезно использовать эту технологию для обеспечения питания космических кораблей. Благодаря космическим программам технология продвинулась вперед, была установлена ее надежность, а стоимость начала снижаться. Во время энергетического кризиса 1970-х годов фотоэлектрические технологии получили признание как источник энергии для некосмических приложений.

Диаграмма выше иллюстрирует работу основного фотоэлектрического элемента, также называемого солнечным элементом. Солнечные элементы изготавливаются из тех же полупроводниковых материалов, таких как кремний, используемых в микроэлектронной промышленности. Для солнечных элементов тонкая полупроводниковая пластина специально обрабатывается для формирования электрического поля, положительного с одной стороны и отрицательного с другой. Когда световая энергия попадает на солнечный элемент, электроны выбиваются из атомов в полупроводниковом материале. Если электрические проводники присоединены к положительной и отрицательной сторонам, образуя электрическую цепь, электроны могут быть захвачены в виде электрического тока, то есть электричества. Затем это электричество можно использовать для питания нагрузки, такой как свет или инструмент.

Несколько солнечных элементов, электрически соединенных друг с другом и установленных в опорной конструкции или раме, называют фотоэлектрическим модулем. Модули предназначены для подачи электроэнергии определенного напряжения, например, в общую систему 12 вольт. Производимый ток напрямую зависит от того, сколько света падает на модуль.

Сегодня наиболее распространенные фотоэлектрические устройства используют один переход или интерфейс для создания электрического поля внутри полупроводника, такого как фотоэлемент. В однопереходной фотоэлектрической ячейке только фотоны, энергия которых равна или превышает ширину запрещенной зоны материала ячейки, могут освободить электрон для электрической цепи. Другими словами, фотогальванический отклик однопереходных ячеек ограничивается частью солнечного спектра, энергия которой превышает ширину запрещенной зоны поглощающего материала, и фотоны с меньшей энергией не используются.

Одним из способов обойти это ограничение является использование двух (или более) разных ячеек с более чем одной запрещенной зоной и более чем одним переходом для генерирования напряжения. Их называют «многопереходными» ячейками (также называемыми «каскадными» или «тандемными» ячейками). Многопереходные устройства могут достичь более высокой общей эффективности преобразования, поскольку они могут преобразовывать большую часть энергетического спектра света в электричество.

Как показано ниже, многопереходное устройство представляет собой набор отдельных ячеек с одним переходом в порядке убывания ширины запрещенной зоны (Eg). Верхняя ячейка захватывает высокоэнергетические фотоны и пропускает остальные фотоны для поглощения ячейками с нижней запрещенной зоной.

Большая часть сегодняшних исследований многопереходных элементов сосредоточена на арсениде галлия как на одном (или на всех) элементах-компонентах. Такие элементы достигли эффективности около 35% при концентрированном солнечном свете. Другими материалами, изученными для многопереходных устройств, были аморфный кремний и диселенид меди-индия.

В качестве примера, многопереходное устройство ниже использует верхнюю ячейку из фосфида галлия-индия, «туннельный переход», чтобы облегчить поток электронов между ячейками, и нижнюю ячейку из арсенида галлия.

Предыдущий:Почему вы должны пойти на фотовольтаику?

Следующий:Как насчет стоимости доставки?