Fotovoltinės energijos generavimas yra technologija, kuri tiesiogiai paverčia šviesos energiją į elektros energiją, naudojant puslaidininkio sąsajos fotovoltų efektą. Pagrindinis šios technologijos komponentas yra saulės elementas. Po to, kai saulės elementas yra įkapsuliuotas ir apsaugotas nuosekliai, gali būti suformuotas didelis saulės elementų modulių plotas, o tada sujungti su komponentais, tokiais kaip galios valdikliai, suformuojamas fotovoltinis energijos generavimo įrenginys.
Saulės elementų energijos gamybos principas
1. N tipo puslaidininkiai ir P tipo puslaidininkiai
Vidiniai puslaidininkiai yra gryni puslaidininkiai, kurių kristalų struktūra sudaro kovalentinius ryšius tarp atomų. Du kovalentiniame ryšyje esantys elektronai vadinami valentiniais elektronais.
Valentiniai elektronai gali išsilaisvinti iš branduolio pančių ir tapti laisvais elektronais (neigiamai įkrauti), įgavę tam tikrą energijos kiekį (padidėjus temperatūrai arba apšvietimui), tuo pačiu palikdami laisvą vietą kovalentiniame ryšyje, vadinamame skyle (teigiamai įkrauta). ). Ir laisvieji elektronai, ir skylės vadinami nešikliais, o vidiniuose puslaidininkiuose nešėjų skaičius yra labai mažas, o elektrinis laidumas labai prastas.
Į vidinį puslaidininkį įtraukus nedidelius kiekius priemaišų (kai kurių elementų), susidaro priemaišinis puslaidininkis, kuris gali padidinti jo laidumą.
Pridėjus penkiavalenčio fosforo, pakeičiamas silicio atomas, o keturi iš penkių išorinių fosforo atomo sluoksnio elektronų sudaro kovalentinį ryšį su aplinkiniais puslaidininkio atomais, o papildomas elektronas beveik nesusijungęs ir lengviau tampa laisvu elektronu. Todėl po dopingo laisvųjų elektronų skaičius didėja, o laisvasis elektronų laidumas tampa pagrindiniu šio puslaidininkio, vadinamo N tipo puslaidininkiu, laidumo būdu.
Kai trivalentis boras yra įtrauktas į silicio atomą, atsiranda „skylė“, kai trys išoriniai boro atomo sluoksnio elektronai sudaro kovalentinį ryšį su aplinkiniais puslaidininkių atomais. Todėl skylių skaičius po dopingo žymiai padidėja, o skylių laidumas tampa pagrindiniu šio puslaidininkio, vadinamo P tipo puslaidininkiu, laidumo metodu.
Tiek N tipo, tiek P tipo puslaidininkiai yra neutralūs ir nerodo elektrinių savybių į išorę.
N tipo puslaidininkių elektronai yra daugumos nešėjai, o skylės yra mažumos nešikliai.
P tipo puslaidininkių skylės yra daugumos nešiklis, o elektronai yra mažuma.
2. "PN sandūra" ir "fotovoltų efektas"
PN jungtis susideda iš N legiruoto regiono ir P tipo legiravimo srities, glaudžiai besiliečiančios. Visame silicio plokštelės gabale naudojami skirtingi legiravimo procesai, kad būtų suformuoti N tipo puslaidininkiai iš vienos pusės ir P tipo puslaidininkiai iš kitos pusės. Regionas, esantis šalia dviejų rūšių puslaidininkių sąsajos, yra PN jungtis. Pagrindinė saulės elemento struktūra yra didelio ploto plokštuminė PN jungtis.
Kai saulės šviesa pasiekia PN sandūrą, PN jungtis sugeria šviesos energiją, kad sužadintų elektronus ir skyles, generuodama įtampą PN sandūroje, vadinamą „fotovoltų efektu“ arba tiesiog „fotovoltiniu efektu“.
