Penukar tenaga fotovoltaik semikonduktor (fotosel)
Photocells ialah peranti elektronik yang direka untuk menukar tenaga foton kepada tenaga arus elektrik.
Dari segi sejarah, prototaip pertama fotosel moden telah dicipta Alexander G. Stoletov pada akhir abad ke-19. Dia mencipta peranti yang berfungsi berdasarkan prinsip kesan fotoelektrik luaran. Pemasangan eksperimen pertama terdiri daripada sepasang kepingan logam rata selari, salah satunya diperbuat daripada mesh untuk membolehkan cahaya melalui dan satu lagi pepejal.
Voltan malar telah digunakan pada helaian, yang boleh dilaraskan dalam julat 0 hingga 250 volt. Kutub positif punca voltan disambungkan ke elektrod grid dan kutub negatif kepada pepejal. Galvanometer sensitif juga dimasukkan dalam skema.
Apabila kepingan pepejal diterangi dengan cahaya daripada arka elektrik, jarum galvanometer terpesong, menunjukkan bahawa arus terus dijana dalam litar walaupun pada hakikatnya terdapat udara di antara cakera.Dalam eksperimen itu, saintis mendapati bahawa magnitud "arus foto" bergantung kepada kedua-dua voltan yang digunakan dan keamatan cahaya.
Menyukarkan pemasangan, Stoletov meletakkan elektrod di dalam silinder dari mana udara dialihkan, dan cahaya ultraviolet disalurkan ke elektrod sensitif melalui tingkap kuarza. Jadi ia terbuka kesan foto.
Hari ini, berdasarkan kesan ini, ia berfungsi penukar fotovoltaik… Mereka bertindak balas kepada sinaran elektromagnet yang jatuh pada permukaan unsur dan menukarkannya kepada voltan keluaran. Contoh penukar tersebut ialah sel suria… Prinsip yang sama digunakan oleh penderia fotosensitif.
Fotosel tipikal terdiri daripada lapisan bahan fotosensitif rintangan tinggi yang diapit di antara dua elektrod konduktif. Sebagai bahan fotovoltaik untuk sel suria, ia biasanya digunakan semikonduktor, yang, apabila diterangi sepenuhnya, mampu memberikan 0.5 volt pada output.
Unsur-unsur sedemikian adalah paling cekap dari sudut pandangan tenaga yang dijana, kerana ia membenarkan pemindahan satu langkah tenaga foton secara langsung — dalam arus elektrik... Dalam keadaan biasa, kecekapan 28% adalah norma untuk unsur-unsur tersebut.
Di sini, kesan fotoelektrik yang sengit berlaku disebabkan oleh ketidakhomogenan struktur semikonduktor bahan kerja.Ketidakhomogenan ini diperolehi sama ada dengan mendopan bahan semikonduktor yang digunakan dengan kekotoran yang berbeza, dengan itu mewujudkan simpang pn, atau dengan menyambungkan semikonduktor dengan saiz jurang yang berbeza (tenaga di mana elektron meninggalkan atomnya)—dengan itu memperoleh heterojunction, atau dengan memilih bahan kimia sedemikian. komposisi semikonduktor yang kecerunan celah jalur—struktur celah terperingkat—terdapat di dalamnya. Akibatnya, kecekapan unsur tertentu bergantung pada ciri ketidakhomogenan yang diperolehi di dalam struktur semikonduktor tertentu serta fotokonduktiviti.
Untuk mengurangkan kerugian dalam sel suria, beberapa peraturan digunakan dalam pembuatannya. Pertama, semikonduktor digunakan yang celah jalurnya optimum hanya untuk cahaya matahari, contohnya sebatian silikon dan galium arsenida.Kedua, sifat struktur diperbaiki dengan doping optimum. Keutamaan diberikan kepada struktur heterogen dan berperingkat. Ketebalan optimum lapisan, kedalaman p-n-simpang dan parameter terbaik grid kenalan dipilih.
Elemen lata juga dicipta, di mana beberapa semikonduktor dengan jalur frekuensi yang berbeza berfungsi, supaya selepas melalui satu lata, cahaya memasuki seterusnya, dll. Idea untuk menguraikan spektrum suria kelihatan menjanjikan, supaya setiap lata rantau diubah daripada bahagian fotosel yang berasingan.
Terdapat tiga jenis utama sel fotovoltaik di pasaran hari ini: silikon monohabluran, silikon polihabluran, dan filem nipis.Filem nipis dianggap paling menjanjikan kerana ia sensitif walaupun kepada cahaya sesat, boleh diletakkan pada permukaan melengkung, tidak rapuh seperti silikon, dan berkesan walaupun pada suhu operasi yang tinggi.
Lihat juga: Kecekapan sel suria dan modul