Фізичний принцип роботи фотоелемента

Фотоелемент, що виступає основою для створення сонячних батарей, являє собою прилад електронного типу, що перетворює енергію фотонів у звичну для нас електрику. Розрізняють напівпровідникові, що отримали широке поширення, і електровакуумні фотоелементи. В основі їх функціонування лежить фотоефект. У роботі напівпровідникові фотоелементи ефективніші, тому отримали більш широке поширення, і багато фахівців рекомендують купити сонячну батарею, зібрану на основі саме таких елементів.

Як працюють напівпровідникові фотоелементи

Під впливом світла починається перерозподіл електронів в елементах за рахунок фотоефекту. Розподіл електронів відбувається у напрямку енергетичного стану, який на даний момент мають неоднорідні напівпровідникові структури. За рахунок цього світлова енергія перетворюється на електричну. Фізично неоднорідна структура виникає за рахунок легування або зміни хімічних складових компонента. Це, в свою чергу, призводить до зміни ширини так званої забороненої зони напівпровідника, що знаходиться під впливом сонячного світла. Такі зміни тягнуть за собою виникнення електрорушійної сили. На продуктивність фотоелемента впливає фотопровідність напівпровідників, яка обернено пропорційна опору елемента.

Ефективність фотоелементів

Технічно довжина світлової хвилі впливає на заборонену зону напівпровідника, точніше на її ширину. Для підвищення ефективності елемента, багато виробників застосовують каскадні технології. З їх допомогою світло ділиться на спектри, що дозволяє вплинути на елемент вузькоспрямованим світловим впливом. Це підвищує ефективність конвертації енергії світла в електрику. Практично всі виробники використовують методи просвітлення і антиблікові пристрої. Все це сприяє підвищенню ККД сонячних батарей. На даний момент коефіцієнт корисної дії сонячних батарей становить 15-25%. В середньому цей показник по всьому світу коливається в районі 17-19%. Однак в недалекому майбутньому очікується поява нових сонячних панелей з підвищеним ККД, так як вже сьогодні в лабораторних умовах вдається досягти показника 47-49%.

Можливі проблеми з фотоелементами

Конструктивно фотоелементи мають контакти для з'єднання один з одним в робочий ланцюг. Сам елемент може тріснути, але цього практично ніколи не трапляється. Однак контакти не вологостійкі, вони окислюються, коли всередину панелі потрапляє волога. У такому випадку сонячна панель не виробить ресурс, заявлений виробником. Крім того, поява всередині вологи знижує вихідну потужність панелі і не дає їй повністю реалізувати свої технічні можливості.