Чтобы создать солнечную панель, для начала потребуется обычная металлическая проводящая пластина. Эта пластина представляет из себя положительный электрод.
Далее идет тонкий слой кремния, как вы возможно знаете кремний является полупроводником. Чаще всего он состоит из смеси кремния и фосфора сверху а также кремния с бором снизу. Между двумя слоями находится P-N переход.
Поверх кремния делают антибликовое покрытие.
Осталось добавить отрицательный электрод. При этом полоски по тоньше называются пальцами а полоска по толще шиной.
Для защиты панели покрываются слоем стекла.
Пальцы
Есть множество конструкций, но у всех элементов есть пальцы которые контактируют с кремнием, собирая свободные электроны. То есть электроны будут протекать по пальцам и собираться вместе на главной шине.
При этом на необходимо как можно больше света, поэтому проводник делаются как можно тоньше.
Чем больше пальцев, тем проще собирать электроны, но в то же время они блокируют поток света.
Покрытие кремния
Сам кремний блестящий, и свет от него отражается хорошо, что является проблемой. Однако с помощью антибликового покрытия удается снизить этот эффект.
Волны бывают разные
Как вы возможно знаете, энергия представляет из себя волну. Причем волны бывают разной длины, от коротких, но высокоэнергитичных гамма-лучей, до длинных радиоволн низкой энергии.
Видимые волны
Но большая части излучаемой солнцем энергии приходится на ультрафиолетовую (видимую ), и инфракрасную область. Причем, говоря о видимой волне, мы подразумеваем то, что видит человек.
Кстати длина волны определяет какой цвет увидит глаз.
Почему кремний?
Сам кремний используют по той причине, что у атома кремния очень легко выбить электрон, который находится на валентной зоне. Для этого достаточно всего 1,1 электрон-вольта энергии.
То есть при соударении электрону сообщается энергия, которой достаточно, чтобы электрон совершил прыжок в зону проводимости и отсоединился от атома.
Преобразование
Эта энергия соответствует фотону с длиной волны около 1127 нанометра.
Какие длины волн подходят?
Отсюда следует, что что любая длина волны, которая превышает эту, не может быть использована для генерации электроэнергии с помощью этого материала.
В это же время все волны ниже этого показателя мы можем использовать.
Атом кремния
Если рассмотреть атом кремния, то мы увидим 4 электрона на внешней оболочке. Для того чтобы атом был более стабилен, ему требуется 8 электронов. Но как видно их 4.
Откуда берутся свободные электроны и дырки?
Поэтому в целом, атомы кремния стараются распределить электроны таким образом, чтобы у каждого атома было по 8 электронов.
С этим понятно, но откуда берутся свободные электроны и дырки?
Добавим фосфор
Для появления свободных электронов справа введем немного фосфора. У фосфора на валентной оболочке содержатся 5 электронов. Таким образом 4 из них вступят в связь, а пятый будет как бы свободным электроном.
Добавим бор
Слева мы добавим бор. У бора на валентной оболочке содержатся три электрона, то есть в этом случае у нас остается как бы дырка. Таким образом на одной стороне у нас недостаток электронов и образовались дырки, а на другой избыток электронов.
Между слоями образуется P-N переход. При этом некоторые электроны справа, займут место дырок слева, а вместо них образуются дырки.
Теперь образовался барьер одна часть которого заряжена положительно, а другая отрицательно. Между этими зарядим создается электрическое поле, которое предотвращает дальнейшее перемещение электронов или дырок.
Так как в этой области нет ни свободных электронов ни дырок, то такая область называется областью истощения.
Получаем электроны
Когда свет попадает на солнечную панель, фотоны попадают на слой N-типа. Если фотон имеет достаточную энергию, то он в силах выбить электрон.
Так электрон выбивается из атома и образовывается дырка.
Но в то же время мы говорили что в области P-N перехода, из-за электрического поля не может существовать носителей заряда.
В этом случае электрическое поле начинает притягивать электрон и выталкивает его в область N-типа.
Как мы и говорили, дырка имеет свойства притягивать электрон, так и происходит. Один из электронов на слое Pзанимает место дырки, а на его месте образуется другая дырка.
Таким образом дырка может мигрировать по слою P-типа.
Благодаря такому эффекту, на концах обоих материалов будут накапливаться электроны и дырки. То есть сверху у нас образовался отрицательный заряд, а снизу положительный. Мы даже можем замерить это напряжение мультиметром. При этом очевидно что свободные электроны притягиваются к дыркам. Это можно сравнить с противоположными сторонами магнита.
Отсюда, если замкнуть два слоя с помощью светодиода, то электроны со слоя N начнут перетекать на слой P, пока не скомпенсируют друг друга.
То есть свет попадающий на солнечную панель начинает выбивать электроны, в результате чего электроны через нагрузку начинают рекомбинировать с дырками на слое P. Начинает протекать ток и процесс становится непрерывным.
По такому принципу работают солнечные батареи.
Статья предоставлена каналом Энциклопедия Электрика. Переходите, там много полезной информации, разложенной по полочкам)