Koji je princip generacije solarnih ćelija?

Sada se sve više sunčevih ćelija pojavljuje u vidnom polju ljudi. Sve dok postoji sunčeva svjetlost, može generirati struju, što nije previše zgodno. Koji je njegov princip? Danas ću kratko i pomalo dubinski govoriti o principu generacije energije najčešće kristalne silikonske solarne ćelije.

Prije svega, moramo uvesti sirovinu kristalnih silikon solarnih ćelija: silikona. Ove crne i donekle metalne stvari su polisilikon isprva pripremljene nekim hemijskim metodama. Silikon je poluprovodni materijal, što znači da je njegova provodljivost između provodnika i izolatora. Za razliku od metala, nosači silikona pored elektrona imaju i nešto što se zove rupe.

Šta je rupa?

Postoje četiri elektrona u najdaljem sloju atoma silikona. Ako neki elektroni dobije određenu količinu energije iz vanjskog svijeta, oslobodit će se i postati slobodni elektroni, a prvobitni položaj elektrona će postati slobodno mjesto, a ovo slobodno mjesto je rupa. Svi znamo da su elektroni negativno naelektrisani, tako da su rupe ekvivalentne pozitivno naelektrisanom nosaču.

Pa, znajući ovo, sljedeća stvar o čemu želimo razgovarati je silikon tipa P i silikon tipa N. Ovo je vrlo jednostavno, P-tip silikon znači da su rupe većinski nosači, a silikon tipa N znači da su elektroni većinski nosači. Šta? Kažeš da bi broj elektrona i rupa trebao biti isti? Hmm~ Ako je čistoća silikona 100%, naravno da je broj njih isti, ali šta ako zamijenimo dio silikona u elementu silikona s elementom sa pet elektrona u najdaljem sloju atoma? Šta ako ga zamenite elementom sa samo tri elektrona u najdaljoj ljusci?

Dva elementa koja se najviše dopiraju u silicijum su fosfor (+5 valence) i bor (+3 valence).

Zatim, postoji nešto što se zove PN raskrsnici, što nije jednostavno komad silicija tipa P i komad silicija tipa N. Općenito, površina komada silicija tipa P je dopirana fosforom da bi se formirao sloj silicija N tipa, i obrnuto, tako da se formira PN raskrsnica u području gdje je silicijum tipa P i silicijumski interfejs tipa N.

Formiranje PN raskrsnici je vrlo jednostavno. Budući da u siliciju tipa P postoji mnogo slobodnih rupa, a ima mnogo slobodnih elektrona u siliciju N tipa, zbog razlike u koncentraciji, rupe u siliciju tipa P difuzirat će se u silicij tipa N, dok silicijum tipa N ima više slobodnih elektrona. Elektroni u silikonu se također difuzuju u silikon tipa P. Na taj način će se formirati električno polje u području gdje se sastanu silikon tipa P i N. Zovemo ga ugrađeno električno polje. Kako difuzija bude napredovala, snaga električnog polja će postati veća i veća, a električno polje će gurati rupe u silikon tipa P. pravac guranje. Konačno, snaga električnog polja i razlika koncentracije čine ravnotežu, te tako dobijaju stabilno PN raskrsnici.

Sada poslednji deo. Kako PN raskrsnici stvaraju struju? Kao poluvodič, silikon ima još jedno važno svojstvo. To jest, kada postoji svjetlost, elektroni u izlaznom sloju silikona će dobiti energiju od svjetlosti da postanu slobodni elektroni i ostave rupu u izvornom položaju da formiraju par elektron-rupa. Ako se ova grupa parova elektron-rupa generiše u regionu gdje je električno polje izgrađeno u PN raskrsnici, pod djelovanjem sile električnog polja, rupe će se kretati u P regiju, a elektroni će se preseliti u N regiju. Na taj način, potencijalna razlika će biti generirana preko PN raskrsnici. Ako spojimo dva kraja PN raskrsnici sa elektrodom i onda je uključimo, struja će biti generisana.

Gore navedeno je princip generacije energije solarnih ćelija. Princip je prilično jednostavan, ali u proizvodnom procesu, kako bi se poboljšala efikasnost baterije, postoji mnogo drugih procesa koje je potrebno poboljšati.