Фотоволтаичното генериране на енергия е технология, която директно преобразува светлинната енергия в електрическа чрез използване на фотоволтаичния волтов ефект на полупроводниковия интерфейс. Ключовият компонент на тази технология е слънчевата клетка. След като слънчевата клетка е капсулована и защитена последователно, може да се формира голяма площ от модули на слънчева клетка и след това да се комбинират с компоненти като контролери на мощността, да се формира фотоволтаично устройство за генериране на енергия.
Принцип на генериране на енергия от слънчеви клетки
1. N-тип полупроводници и P-тип полупроводници
Вътрешните полупроводници са чисти полупроводници с кристални структури, образуващи ковалентни връзки между атомите. Двата електрона в ковалентната връзка се наричат валентни електрони.
Валентните електрони могат да се освободят от оковите на ядрото и да станат свободни електрони (отрицателно заредени) след придобиване на определено количество енергия (повишаване на температурата или осветяване), докато оставят празно място в ковалентната връзка, което се нарича дупка (положително заредена ). Както свободните електрони, така и дупките се наричат носители, а броят на носителите във вътрешните полупроводници е изключително малък, електрическата проводимост е много лоша.
Включването на следи от примеси (някои елементи) във вътрешния полупроводник образува примесен полупроводник, който може да подобри неговата проводимост.
Добавянето на петвалентен фосфор замества силициевия атом и четири от петте външни електрона на външния слой на фосфорния атом образуват ковалентна връзка с околните полупроводникови атоми, а допълнителният електрон е почти несвързан и по-лесно става свободен електрон. Следователно броят на свободните електрони се увеличава след допиране и проводимостта на свободните електрони става основният проводящ режим на този полупроводник, наречен N-тип полупроводник.
Когато тривалентният бор е включен, за да замени силициевия атом, се създава "дупка", когато трите външни електрона на външния слой на борния атом образуват ковалентна връзка с околните полупроводникови атоми. Следователно броят на дупките след допиране се увеличава значително и проводимостта на дупките става основният проводящ метод на този полупроводник, наречен P-тип полупроводник.
Полупроводниците от N-тип и P-тип са неутрални и не показват електрически свойства навън.
Електроните на полупроводниците от тип N са мажоритарен носител, а дупките са малцинствен носител.
Дупките на полупроводниците от тип P са мажоритарен носител, а електроните са малцинствен носител.
2. "PN преход" и "фотоволтаичен волтов ефект"
PN преходът е съставен от N-легирана област и P-тип легираща област в близък контакт. При цялостно парче силициева пластина се използват различни процеси на допиране за формиране на полупроводници от N-тип от едната страна и полупроводници от тип P от другата страна. Областта близо до интерфейса на двата вида полупроводници е PN преходът. Основната структура на слънчевата клетка е плоскостен PN преход с голяма площ.
Когато слънчевата светлина удари PN прехода, PN преходът абсорбира светлинна енергия, за да възбуди електрони и дупки, генерирайки напрежение в PN прехода, наречен „фотоволтаичен волтов ефект“ или просто „фотоволтаичен ефект“.
