Conversione di onde di luce in energia elettrica è la funzione principale delle cellule fotovoltaiche (PV) all'interno di pannelli solari. Capire quali cellule di luce onda PV uso coinvolge sia conoscenza generale dello spettro solare e conoscenza di base dell'effetto PV, che rende possibile la conversione elettrica. Lo spettro di luce utile varia in base al materiale conduttore del PV.
Effetto di PV
L'effetto di PV accade quando le onde luminose colpiscono una cellula solare. Questo effetto è stato scoperto nel 1954 da scienziati del telefono della Bell, come dichiarato da laboratorio nazionale di energie rinnovabili (NREL). Hanno trovato che il silicio, quando esposti alla luce del sole, crea una carica elettrica. Fondamentalmente, questo accade perché si rompe una giunzione di semiconduttore (come il silicio). Questo libera elettroni e facilita una corrente elettrica. Molte forme diverse di pannelli solari e fotovoltaico a film sottile sono evoluti, anche se il meccanismo di formazione di elettricità di base è lo stesso.
Nozioni di base di spettro solare
Gamma di onde di luce solare da piccole onde ultraviolette a quelli a infrarossi relativamente grande. Lunghezza d'onda viene misurata da cresta a cresta o depressione per depressione su una singola onda. Onde ultraviolette sono l'estremità più piccola dello spettro solare mentre infrarosso sono sul lato più grande. Tutto il resto è in parte visibile. Le onde ultraviolette possono variare da circa 3 nanometri (nm) a 300 nanometri di lunghezza. Per scala, un nanometro equivale a un miliardesimo di un metro. Le onde a infrarossi sono circa 750 nm a 1.000 nm. Il wavelength(s) di efficienza di picco differiscono per le celle solari a seconda del tipo e disposizione dei materiali semiconduttori.
Materiali tradizionali di conduzione
Il silicio amorfo è il tradizionale materiale semiconduttore utilizzato nei pannelli solari. Utilizza la parte visibile dello spettro solare. Questa porzione è solo circa il 7 per cento dell'intero spettro. A causa della natura non strutturata di materiale amorfo, silicio è stato accatastato e cristallizzato in moduli monocristallini e policristallini di accrescere l'efficienza.
Materiali non tradizionali di conduzione
Tecnologie a film sottile e pannelli solari ora utilizzare materiali semiconduttori come il diseleniuro di rame indio che può usare parti di più alta energia dello spettro solare. Lunghezze d'onda di energia più alti si trova nello spettro ultravioletto. Tellururo di cadmio (CdTe), un altro conduttore, "corrisponde quasi perfettamente a spettro solare" secondo l'US Department of Energy (DOE). Ciò significa che utilizza usano la porzione dello spettro con le energie più alte. Il sito sottolinea inoltre che la ricerca è focalizzata sulla "... vestirti innovativo ossidi trasparenti conduttori che consentono più luce nella cella per essere assorbito..."
Arseniuro di gallio (GaAs) è ancora un altro conduttore utilizzato nei pannelli solari. Il colpo GaAs è spesso che perda, in una buona parte dei fotoni ad alta energia all'estremità inferiore dello spettro solare rispetto al CdTe.
Pannelli e Film sottile multigiunzione
Il futuro del fotovoltaico può effettivamente essere nel combinare materiali semiconduttori in un modo che permette loro di utilizzare in modo efficiente tutte le porzioni dello spettro solare. Il DOE si sottolinea che una cella solare di gallio indio gallio/fosfuro arseniuro tandem prodotta una cella concentratore con "efficienza supera al 30 per cento" e questo chiama una "pietra miliare" del programma National Renewable Energy Laboratories (NREL) PV.