Τι είναι τα φωτοβολταϊκά κύτταρα;

Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα είναι συσκευές που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια απευθείας από το φως του ήλιου.Πολλά φωτοβολταϊκά κύτταρα που συγκεντρώνονται σχηματίζουν μια ηλιακή συστοιχία ή ηλιακό πίνακα.Αυτά τα κύτταρα μετατρέπουν το φως σε ηλεκτρική ενέργεια, αξιοποιώντας την ενέργεια που δημιουργείται όταν φωτόνια από ηλιακό φως χτυπούν ηλεκτρόνια σε υψηλότερη κατάσταση ενέργειας, μέσα στο ίδιο το κύτταρο.Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα αποτελούνται από στρωματοποιημένα υλικά που περιλαμβάνουν δύο τύπους πυριτίου, αντι-ανακλαστική επίστρωση και κάλυμμα γυαλιού.Η τεχνολογία που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλιακών συλλεκτών συνεχίζει να προχωρά και μπορεί μια μέρα να παρέχει ουσιαστικά ελεύθερη ενέργεια για να τροφοδοτήσει σπίτια και επιχειρήσεις.

Ένα από τα πιο σημαντικά μέρη ενός φωτοβολταϊκού κυττάρου είναι το υλικό που χρησιμοποιείται ως ημιαγωγός.Το πυρίτιο είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο ημιαγωγό, αλλά άλλες επιλογές είναι διαθέσιμες για ορισμένες εφαρμογές, οι οποίες μπορεί να είναι λιγότερο δαπανηρές από το πυρίτιο.Όταν το φως χτυπά τον ημιαγωγό, απορροφάται ένα τμήμα της φωτεινής ενέργειας, προκαλώντας την απελευθέρωση ηλεκτρονίων.Το ηλεκτρικό ρεύμα που προκύπτει είναι αυτό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ηλεκτρική ενέργεια και συλλέγεται από τα μεταλλικά πλέγματα επαφής στην κορυφή και στο κάτω μέρος των ηλιακών κυττάρων. Το πυρίτιο από μόνη της δεν είναι ένας πολύ καλός αγωγός ηλεκτρικής ενέργειας.Προκειμένου να χρησιμοποιηθεί σε ένα ηλιακό κύτταρο, το πυρίτιο πρέπει να τροποποιηθεί ή να προσδιοριστεί με άλλα στοιχεία.Ο φωσφόρος και το βόριο είναι τα στοιχεία επιλογής για το σκοπό αυτό.Ένα στρώμα πυριτίου που έχει προσβληθεί από φωσφόρο μπορεί να επωφεληθεί από το γεγονός ότι το τελευταίο στοιχείο έχει μόνο ένα ηλεκτρόνιο στο εξωτερικό κέλυφος ηλεκτρονίων του.Αυτό είναι το ηλεκτρόνιο που μπορεί να χτυπηθεί από την ελαφριά ενέργεια.

Στο άλλο στρώμα, τα άτομα βορίου έχουν μόνο τρία ηλεκτρόνια στο εξωτερικό τους κέλυφος, αντί για τέσσερα, που έχει πυρίτιο.Αυτό δημιουργεί ένα σημείο για να πάνε τα επιπλέον ηλεκτρόνια, και αυτή η κίνηση των ηλεκτρονίων είναι αυτό που κάνει το ηλεκτρικό ρεύμα.Τα δύο στρώματα πυριτίου έχουν επίσης αντίθετες χρεώσεις, πράγμα που παρέχει την τάση. Οι κρύσταλλοι πυριτίου είναι ένα φυσικά αντανακλαστικό υλικό.Όταν χρησιμοποιούνται σε φωτοβολταϊκά κύτταρα, πρέπει να έχουν μια αντι-ανακλαστική επικάλυψη τοποθετημένη πάνω τους, διαφορετικά το μεγαλύτερο μέρος της ηλιακής ενέργειας που φτάνει στον πίνακα θα αντικατοπτρίζεται χωρίς να παράγει ηλεκτρική ενέργεια.Η αντι-ανακλαστική επικάλυψη είναι ο μοναδικός μεγαλύτερος παράγοντας που επηρεάζει την αποτελεσματικότητα ενός κατάλληλα κατασκευασμένου ηλιακού πίνακα.Ωστόσο, ακόμη και με αυτή την επικάλυψη, μόνο μια σχετικά μικρή ποσότητα του φωτός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή ηλεκτρικής ενέργειας.Καθώς η τεχνολογία προχωρά, τα φωτοβολταϊκά κύτταρα πιθανότατα θα αυξηθούν στην αποτελεσματικότητα, καθιστώντας τα πιο πρακτικά για την καθημερινή οικιακή και βιομηχανική χρήση.