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Panels Photovoltaische Solarenergie

Photovoltaik-Effekt

Photovoltaik-Effekt

Der photovoltaische Effekt ist der photoelektrische Effekt, der durch die Erzeugung eines elektrischen Stroms zwischen zwei Teilen unterschiedlichen Materials gekennzeichnet ist, die in Kontakt und mit Licht oder allgemein mit elektromagnetischer Strahlung in Berührung kommen.

Der photovoltaische Effekt besteht darin, Sonnenlicht mittels photovoltaischer Zellen in elektrische Energie umzuwandeln. Diese Zellen sind Halbleitervorrichtungen, die aus reinem Silizium mit Zusatz von Verunreinigungen bestimmter chemischer Elemente hergestellt sind. Photovoltaische Zellen sind in der Lage, Elektrizität in Gleichstrom zu erzeugen, wobei Sonnenstrahlung als Quelle verwendet wird.

Dieser photovoltaische Effekt ist das Prinzip der photovoltaischen Zellen und ist daher grundlegend für die Produktion von Strom durch Solarenergie.

Die Zellen werden in Reihe auf Photovoltaikpaneelen oder Solarmodulen montiert, um eine angemessene Spannung zu erhalten. Ein Teil der einfallenden Strahlung geht durch Reflexion verloren (Bounces) und ein anderer Teil durch Transmission (durchläuft die Zelle). Der Rest kann Elektronen von einer Schicht zur anderen springen und so einen Strom erzeugen, der proportional zur einfallenden Strahlung ist.

Eigenschaften des photovoltaischen Effekts

Halbleitermaterialien (wie Silizium) haben die Besonderheit, Elektrizität ein anderes Verhalten zu verleihen. Das Verhalten von Halbleitern hängt davon ab, ob eine externe Energiequelle sie anregt oder nicht. Diese Energiequelle wäre Sonnenstrahlung.

Wie entsteht der photovoltaische Effekt?

Der photovoltaische Effekt beginnt in dem Moment, in dem ein Photon von der letzten Bahn eines Siliziumatoms auf ein Elektron trifft. Dieses letzte Elektron wird das Valendia-Elektron genannt und empfängt die Energie, mit der das Photon reiste. das Photon ist nichts anderes als ein Teilchen von strahlendem Licht.

Wenn die vom Elektron aufgenommene Energie die Anziehungskraft des Kerns (Valenz-Energie) übersteigt, verlässt sie ihre Umlaufbahn und wird frei von dem Atom und kann daher durch das Material wandern. Zu diesem Zeitpunkt würden wir sagen, dass Silizium zu einem Leiter (Leitungsband) geworden ist, und dazu ist es notwendig, dass die Aufprallkraft eines Photons mindestens 1,2 eV beträgt.

photovoltaischer Effekt Jedes freigelassene Elektron hinterlässt ein Loch oder einen freien Raum, bis es von einem Elektron besetzt ist, das von einem anderen Atom gesprungen ist. Diese Bewegungen der befreiten Elektronen oder der zurückgelassenen Räume sind sogenannte elektrische Ladungen.

Dieser Ladestrom kann die Kontakte erreichen und das Material verlassen, um nützliche Arbeit zu leisten. Damit dies konstant und regelmäßig geschieht, ist es notwendig, dass ein elektrisches Feld konstanter Polarität vorhanden ist. Dieses Feld polarisiert die Teilchen und wirkt als eine echte Pumpe, die die Elektronen in eine Richtung und die Löcher in die entgegengesetzte Richtung treibt.

In herkömmlichen Solarzellen wird das elektrische Feld (0,5 V) durch einen PN-Übergang gebildet, das heißt, ein Bereich des Materials hat überschüssige Elektronen (negative Ladung), während der andere einen Mangel an Elektronen (Ladung) aufweist. positiv), so dass bei der Freisetzung ein Elektron durch das Material zu den Silberleitungen getrieben wird, geringer spezifischer Widerstand.

Wenn die vom Elektron aufgenommene Energie die Anziehungskraft des Kerns (Valenz-Energie) übersteigt, verlässt sie ihre Umlaufbahn und wird frei von dem Atom und kann daher durch das Material wandern. Zu diesem Zeitpunkt würden wir sagen, dass Silizium zu einem Leiter (Leitungsband) geworden ist, und dazu ist es notwendig, dass die Aufprallkraft eines Photons mindestens 1,2 eV beträgt.

Bedeutung von Photonen im photovoltaischen Effekt

Photonen, die kleinen Wellenlängen entsprechen (ultraviolette Strahlung) sind energiereicher (2 bis 3 Elektronenvolt) als solche, die längeren Wellenlängen entsprechen (Infrarotstrahlung).

Jedes Halbleitermaterial hat eine minimale Energie, die Elektronen aus ihren Atomen freisetzen kann. Diese Energie entspricht Photonen einer bestimmten Frequenzbandbreite (Lücke), die von denen der ultravioletten zu den sichtbaren Farben gehen wird, mit Ausnahme der roten, die bereits eine niedrigere assoziierte Energie von 1,2 Elektronenvolt hat.

Nicht alle Photonen erreichen das Ziel der Elektronentrennung. Denn das Überqueren des Materials bedeutet immer einen gewissen Energieverlust. Dieser Energieverlust bedeutet, dass einige Photonen im Moment der Kollision bereits zu viel Energie verloren haben, um ein Elektron zu verschieben. Diese Verluste aufgrund von Nichtabsorption hängen nur von den Eigenschaften des Materials ab und sind unvermeidlich.

Es gibt auch einen Prozentsatz der Photonen Ankunft des Halbleiterfilms zu durchqueren, ohne eine Elektronen- und andere zu stoßen, die die Materialoberfläche zu beleuchten, und werden reflektiert (Reflexionsverluste). Diese Verluste können durch Antireflexbehandlungen der Oberfläche der photovoltaischen Zelle reduziert werden. In diesen Fällen würde der photovoltaische Effekt nicht auftreten.

Nur die Erzeugung eines Elektron-Loch-Paares wird für jedes Photon mit kinetischer Energie größer als die minimale Energie (Lücke) erreicht, die es schafft, in das Material einzudringen und mit einem Valenzelektron zu enden.

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Geändert am: 13. April 2017