Fotovoltický jav je kľúčovým procesom premeny slnečnej energie na elektrickú energiu, ktorý tvorí základný kameň modernej technológie solárnej energie. Tento článok sa ponorí do zložitého fungovania tohto javu a objasňuje základné princípy, ktoré umožňujú solárnym panelom využívať slnečné svetlo a vyrábať elektrinu s vysokou účinnosťou.
Genéza fotovoltiky
V roku 1839 Edmond Becquerel prvýkrát zdokumentoval fotovoltický jav, keď pozoroval zvýšenie napätia, keď slnečné svetlo interagovalo so striebornými platňami mokrej bunky. Tento zásadný objav položil základy pre ďalší pokrok v solárnej technológii.
Dynamika polovodičov
Ústredným prvkom fotovoltického efektu sú solárne články, konštruované z rôznych polovodičov – typu p a typu n – spojených tak, aby vytvorili spojenie pn. Toto spojenie vytvára elektrické pole, ktoré podporuje pohyb nabitých častíc.
Súhra svetla a elektrónov
Slnečné svetlo obsahuje fotóny, diskrétne balíčky elektromagnetickej energie. Po dopade na solárny článok odovzdajú fotóny svoju energiu elektrónom v materiáli. Tento prenos energie poháňa elektróny do stavu zvýšenej energie, známeho ako vodivosť. Súčasne sa vo valenčnom pásme generuje „diera“, čím sa získa pár elektrón-diera a nastavuje sa fáza generovania elektriny.
Mobilita elektrónov a generovanie prúdu
Vo svojom excitovanom stave vo vodivom pásme získavajú elektróny pohyblivosť na prechod materiálom. Vedené elektrickým poľom pochádzajúcim z pn prechodu, elektróny vykazujú neočakávané správanie, gravitujú skôr k negatívnej n-strane ako k očakávanej pozitívnej p-strane. Tento pohyb, neintuitívny, ale nevyhnutný, spúšťa elektrický prúd. Medzitým ‚diera‘ prechádza recipročným pohybom smerom k strane p. Táto riadená súhra tvorí základ toku prúdu.
Dôsledky a vyhliadky do budúcnosti
Fotovoltický jav umožňuje solárnym panelom slúžiť ako efektívne vedenia na premenu slnečnej energie na elektrickú energiu. Táto technológia je dôležitou súčasťou nášho úsilia o udržateľné a obnoviteľné zdroje energie a sľubuje čistejšiu a zelenšiu budúcnosť.
Záver
Fotovoltický jav je príkladom bezproblémovej synergie medzi fyzikou polovodičov a fotonikou, čo umožňuje solárnym panelom využiť neobmedzený potenciál slnečného svetla na výrobu elektriny. Keďže výskum a inovácie napredujú, očakávame ďalšie prielomy vo využívaní solárnej energie, ktoré nás poháňajú smerom k udržateľnejšiemu energetickému prostrediu.
Zdroje:
Photovoltaic effect – Energy Education
http://www.mrsolar.com/photovoltaic-effect/
Photovoltaic effect | Solar Energy Conversion, Photons & Electrons | Britannica