La generació d'energia fotovoltaica és una tecnologia que converteix directament l'energia lluminosa en energia elèctrica utilitzant l'efecte de volts fotovoltaics de la interfície de semiconductors. El component clau d'aquesta tecnologia és la cèl·lula solar. Després que la cèl·lula solar estigui encapsulada i protegida en sèrie, es pot formar una gran àrea de mòduls de cèl·lules solars i, a continuació, combinar-se amb components com ara controladors de potència, es forma un dispositiu de generació d'energia fotovoltaica.
Principi de generació d'energia per cèl·lules solars
1. Semicoductors de tipus N i semiconductors de tipus P
Semiconductors intrínsecs, són semiconductors purs amb estructures cristal·lines que formen enllaços covalents entre àtoms. Els dos electrons de l'enllaç covalent s'anomenen electrons de valència.
Els electrons de valència poden alliberar-se dels grillons del nucli i convertir-se en electrons lliures (carregats negativament) després d'obtenir una certa quantitat d'energia (augment de temperatura o il·luminació), mentre deixen una vacant en l'enllaç covalent, que s'anomena forat (càrrega positiva). ). Tant els electrons lliures com els forats s'anomenen portadors, i el nombre de portadors en semiconductors intrínsecs és molt petit, la conductivitat elèctrica és molt pobre.
La incorporació de traces d'impureses (alguns elements) al semiconductor intrínsec forma un semiconductor d'impureses, que pot millorar la seva conductivitat.
L'addició de fòsfor pentavalent substitueix l'àtom de silici, i quatre dels cinc electrons exteriors de la capa exterior de l'àtom de fòsfor formen un enllaç covalent amb els àtoms semiconductors circumdants, i l'electró addicional està gairebé deslligat i és més fàcil convertir-se en un electró lliure. Per tant, el nombre d'electrons lliures augmenta després del dopatge i la conducció d'electrons lliures es converteix en el principal mode conductor d'aquest semiconductor, anomenat semiconductor de tipus N.
Quan s'incorpora bor trivalent per substituir l'àtom de silici, es crea un "forat" quan els tres electrons exteriors de la capa exterior de l'àtom de bor formen un enllaç covalent amb els àtoms semiconductors circumdants. Per tant, el nombre de forats després del dopatge augmenta significativament i la conducció del forat es converteix en el principal mètode conductor d'aquest semiconductor, anomenat semiconductor tipus P.
Tant els semiconductors de tipus N com els de tipus P són neutres i no mostren propietats elèctriques a l'exterior.
Els electrons dels semiconductors de tipus N són portadors majoritaris i els forats són portadors minoritaris.
Els forats dels semiconductors de tipus P són portadors majoritaris i els electrons són portadors minoritaris.
2. "Unió PN" i "efecte volts fotovoltaics"
La unió PN es compon d'una regió dopada N i una regió de dopatge de tipus P en estret contacte. En una peça completa d'hòstia de silici, s'utilitzen diferents processos de dopatge per formar semiconductors de tipus N a un costat i semiconductors de tipus P a l'altre costat. La regió propera a la interfície dels dos tipus de semiconductors és la unió PN. L'estructura bàsica d'una cèl·lula solar és una unió PN plana de gran àrea.
Quan la llum solar arriba a la unió PN, la unió PN absorbeix energia lluminosa per excitar electrons i forats, generant voltatge a la unió PN, anomenat "efecte volts fotovoltaic" o simplement "efecte fotovoltaic".
