Celle solari progettate per convertire la luce solare in elettricità sono chiamate celle fotovoltaiche. Catturano fotoni---piccole "particelle" di luce--- e utilizzare l'energia della luce solare per spostare gli elettroni attraverso un circuito. La chiave è che essi sono "progettati." Ogni cella fotovoltaica accetta solo una parte della luce solare incidente. La parte di essi accettano è una funzione dei materiali sono fatti e il modo quei materiali sono messi insieme.
Il processo fotovoltaico
Le celle fotovoltaiche sono costruite da semiconduttori, la stessa classe di materiali utilizzati per realizzare chip per computer. Semiconduttori sono costituite da strati di silicio cristallino o un altro materiale alla rinfusa. I cristalli hanno normalmente tutti i loro elettroni "legati", bloccato vicino alla loro casa atomi in un basso consumo energetico di stato chiamato la "banda di valenza". Quando un elettrone assorbe l'energia da un fotone, ottiene sbattuto fino a un alto-energia "banda di conduzione", dove possono essere raccolti per fornire energia elettrica.
Luce assorbita
Per un fotone essere assorbito, ha bisogno di avere almeno abbastanza energia per spingere un elettrone da Valenza alla banda di conduzione. Tale differenza di energia è chiamato "bandgap", ed è una funzione del materiale sfuso di cristallo e i dettagli di fabbricazione. L'assorbimento più efficiente arriva quando il fotone ha appena più che l'energia di banda proibita---fotoni inferiore di energia non sono assorbiti a tutti, che come loro energia ottiene superiore il bandgap loro assorbimento va giù. L'energia è solo un altro modo di misurare la lunghezza d'onda, così il bandgap determina che tipo di luce ha bisogno di una cella solare.
Silicio (Si)
Silicio cristallino ha una banda proibita di circa 1-elettronvolt (eV), che corrisponde a un limite superiore di lunghezza d'onda di circa 1 µ o 1 milionesimo di metro, una lunghezza d'onda della radiazione infrarossa invisibile (luce visibile è tra 0,4-0,7 µ). La responsività---una misura di quanto bene la cella solare converte luce in energia elettrica---scende dal suo picco alle 1 µ a scomparire completamente da circa 0,4 µ. Così una cella solare al silicio può utilizzare lunghezze d'onda dal vicino infrarosso al 1µ fino a 0.4µ-luce di lunghezza d'onda blu.
Tellururo di cadmio (CdTe)
Cristalli sono costituiti da blocchi di edificio identici assemblati in un pattern ripetuto. Nei semiconduttori di silicio, i mattoni sono singoli atomi, ma in un'altra classe di semiconduttore i blocchi predefiniti sono composti da una coppia di atomi. Tale è il caso con tellururo di cadmio, dove un atomo di cadmio e un atomo di tellurio compongono il blocchetto di costruzione. CdTe Celle solari sono molto più sottile e più leggero di tradizionali celle di Si, e la loro efficienza è paragonabile. Il CdTe bandgap è circa 1,5 eV, che corrisponde a un limite di lunghezza d'onda di circa 0,8 µ. CdTe responsivity si interrompe a circa 0,4 µ.
Seleniuro di rame indio gallio (CIGS)
Come potrebbe essere previsto dal nome, la struttura di cristallo della CIGS è più complessa rispetto a Si o CdTe. Celle solari CIGS sono composti da una combinazione di seleniuro di Indio rame (CIS) e rame-seleniuro di gallio. Anche se la struttura di cristallo è più complessa, il processo di fabbricazione può potenzialmente essere poco costoso e la banda proibita e altre proprietà possono essere regolate per fornire la conversione di energia molto efficiente. Una "tipica" cella CIGS funzionerà da 0,9 a 0,4 µ, ma diversi produttori sintonizzare il responsivity per coprire diverse lunghezze d'onda.
Celle multigiunzione
Celle multigiunzione hanno uno semiconduttore costruito su un altro semiconduttore, forse costruito su un altro. Luce ad alta energia, onda corta è assorbita fortemente dal cristallo superiore; energia più bassa, lunghezza d'onda luce assorbita dal successivo; quindi anche lunghezze d'onda dal livello sottostante. Molti materiali differenti possono essere utilizzati, ma una combinazione comune mette INGAP in cima all'arseniuro di gallio indio sulla cima di germanio. Il punto centrale di queste strutture complesse, costose è massimizzare la sensibilità sopra una vasta gamma, quindi queste cellule possono accettare la luce da circa 1,8 µ a 0,4 µ.