Fotovoltaika
Jak vzniká elektřina ze slunečního záření
Sluneční světlo je nejběžnějším a volně dostupným zdrojem energie na naší planetě. Za hodinu se na Zemi dopraví více energie ve formě světla, než spotřebuje celá lidská populace za rok. Před více než 60 lety byla vyvinuta technologie, která umožňovala přímou přeměnu světla na elektřinu.
Surovina: písek
K přeměně slunečního záření na elektřinu potřebujeme pomoc velmi běžného materiálu: písku. Písek musí být přeměněn na křemík s čistotou 99,999 %, než jej lze použít k výrobě solárních článků. Aby toho bylo dosaženo, prochází písek složitým procesem čištění, který zahrnuje zahřátí až na 2000 stupňů Celsia. Tím se surový křemík přemění na plynnou formu křemíkové sloučeniny, která se smísí s vodíkem za vzniku vysoce čistého polykrystalického křemíku. Tyto křemíkové ingoty jsou pak rozřezány na velmi tenké křemíkové plátky, které jsou srdcem fotovoltaického článku.
Elektrony a díry v polovodiči
Čistý křemíkový plátek je takzvaný polovodič. V klidu jsou elektrony v krystalu zodpovědné za vytváření vazeb mezi atomy. Nejsou k dispozici žádné volné elektrony k vytvoření elektrického proudu. Když však na krystal dopadá světlo, přenese se na elektrony dostatek energie k uvolnění jednotlivých elektronů z jejich vazeb a ty se mohou volně pohybovat v krystalové mřížce. Místo v krystalu, kde je elektron uvolněn ze své vazby, se nazývá díra a stejně jako elektron se díra může volně pohybovat uvnitř krystalu. Tento pohyb elektronů a děr je však zpočátku náhodný a v důsledku toho neprodukuje žádný proud zátěží.
Extra atomy umožňují elektřinu
Aby se řídil pohyb elektronů v určitém směru, když světlo dopadne na polovodič, jsou křemíkové plátky v horní a spodní části fotovoltaického článku DOPOVÁNY dalšími prvky. Nahoru jsou INJEKTOVÁNY atomy fosforu, které mají pro vazby k dispozici více elektronů než křemík. To má za následek volné elektrony nahoře, označované také jako negativně dopované nebo N-typ dopingu, v důsledku přebytku záporně nabitých elektronů. Atomy boru, které mají méně vazebných elektronů než křemík, se přidávají ke dnu, čímž se na dně vytvářejí díry. To se nazývá pozitivní nebo P-typ dopingu. Pokud světlo dopadající na destičku uvolní elektrony a díry v krystalu, tyto se pohybují určitým směrem v důsledku dopování v horní a spodní části článku, což vytváří elektrický proud.
Prsty a přípojnice transportují proud
K přenosu elektřiny generované článkem jsou zapotřebí elektrické kontakty vyrobené z kovu. Aby na článek dopadlo co nejvíce světla, jsou na články natištěny velmi tenké kovové kontakty – takzvané prsty. Elektřina proudící ve velkém počtu menších prstů je odváděna z článku pomocí silnějších přípojnic. Spodní strana článku má obecně souvislou kovovou vrstvu, která také vede elektřinu.
