Yarı iletken fotovoltaik enerji dönüştürücüler (fotoseller)
Fotoseller, fotonların enerjisini elektrik akımı enerjisine dönüştürmek için tasarlanmış elektronik cihazlardır.
Tarihsel olarak, modern fotoselin ilk prototipi icat edildi. Alexander G. Stoletov 19. yüzyılın sonunda. Dış fotoelektrik etki prensibi ile çalışan bir cihaz yaratır. İlk deneysel kurulum, biri ışığın geçmesine izin vermek için ağdan yapılmış, diğeri katı olan bir çift paralel düz metal levhadan oluşuyordu.
Levhalara 0 ile 250 volt arasında ayarlanabilen sabit bir voltaj uygulandı. Voltaj kaynağının pozitif kutbu ızgara elektroduna, negatif kutbu ise katıya bağlanmıştır. Hassas bir galvanometre de şemaya dahil edildi.
Katı bir levha elektrik arkından gelen ışıkla aydınlatıldığında, galvanometre iğnesi diskler arasında hava olmasına rağmen devrede bir doğru akımın üretildiğini gösterir.Deneyde, bilim adamı "fotoakımın" büyüklüğünün hem uygulanan voltaja hem de ışığın yoğunluğuna bağlı olduğunu buldu.
Kurulumu zorlaştıran Stoletov, elektrotları havanın boşaltıldığı bir silindirin içine yerleştiriyor ve ultraviyole ışık bir kuvars penceresinden hassas elektroda besleniyor. Yani açıktı fotoğraf efekti.
Bugün, bu etkiye dayanarak, çalışır fotovoltaik dönüştürücüler… Elemanın yüzeyine düşen elektromanyetik radyasyona tepki verirler ve bunu bir çıkış voltajına dönüştürürler. Böyle bir dönüştürücünün bir örneği, Güneş pili… Aynı prensip tarafından kullanılır ışığa duyarlı sensörler.
Tipik bir fotosel, iki iletken elektrot arasına sıkıştırılmış yüksek dirençli ışığa duyarlı bir malzeme tabakasından oluşur. Güneş pilleri için bir fotovoltaik malzeme olarak, yaygın olarak kullanılır. yarı iletkentamamen aydınlatıldığında çıkışta 0,5 volt verebilen.
Bu tür elementler, foton enerjisinin doğrudan tek adımlı transferine izin verdikleri için, üretilen enerji açısından en verimli olanlardır — elektrik akımında... Normal şartlar altında, bu tür elemanlar için %28'lik bir verim normdur.
Burada çalışma malzemesinin yarı iletken yapısının homojen olmamasından dolayı yoğun bir fotoelektrik etki oluşur.Bu homojen olmama, ya kullanılan yarı iletken malzemeyi farklı safsızlıklarla karıştırarak, böylece bir pn bağlantısı oluşturarak ya da farklı boşluk boyutlarına (elektronların atomlarını terk ettikleri enerjiler) sahip yarı iletkenleri bağlayarak - böylece bir heteroeklem elde ederek ya da böyle bir kimyasal seçerek elde edilir. içinde bir bant aralığı gradyanı - dereceli boşluk yapısı - görünen yarı iletkenin bileşimi. Sonuç olarak, belirli bir elemanın verimliliği, fotoiletkenliğin yanı sıra belirli bir yarı iletken yapı içinde elde edilen homojen olmama özelliklerine bağlıdır.
Bir güneş pilindeki kayıpları azaltmak için, bunların üretiminde bir takım düzenlemeler kullanılmaktadır. İlk olarak, silikon ve galyum arsenit bileşikleri gibi bant aralığı sadece güneş ışığı için en uygun olan yarı iletkenler kullanılır, ikincisi, optimum katkılama ile yapının özellikleri iyileştirilir. Heterojen ve kademeli yapılar tercih edilir. Katmanın optimum kalınlığı, p-n-kavşağının derinliği ve temas ızgarasının en iyi parametreleri seçilir.
Farklı frekans bantlarına sahip birkaç yarı iletkenin çalıştığı kademeli elemanlar da oluşturulur, böylece bir kademeden geçtikten sonra ışık bir sonrakine girer vb. Güneş spektrumunu ayrıştırma fikri umut verici görünüyor, böylece her biri bölgeler fotoselin ayrı bölümlerinden dönüştürülür.
Bugün piyasada üç ana tip fotovoltaik hücre bulunmaktadır: monokristal silikon, polikristal silikon ve ince film.İnce filmler, kaçak ışığa bile duyarlı oldukları, kavisli yüzeylere yerleştirilebildikleri, silikon kadar kırılgan olmadıkları ve yüksek çalışma sıcaklıklarında bile etkili oldukları için en umut verici olarak kabul edilir.
Ayrıca bakınız: Güneş pilleri ve modüllerinin verimliliği