O ogniwach fotowoltaicznych

Zasada działania ogniwa fotowoltaiczna jest bardzo prosta. Otóż dzięki fotonom, które swoją energią przewyższają szerokość przerwy energetycznej zostają one wchłonięte przez elektrony walencyjne. To powoduje, że cząstki elementarne zostają wzbudzone, co powoduje ich przechodzenie z pasma walencyjnego do pasma przewodzenia. Taki zaabsorbowany foton automatycznie generuje zasadniczo jedną parę nośników, którą jest tzw. dziura oraz elektron.

Zdarzyć się może taki układ, gdzie zostanie wygenerowana więcej niż jedna para nośników przez wysokoenergetyczny foton. Możliwa jest sytuacja, gdzie wiele fotonów niskoenergetycznych wygeneruje jedną parę nośników ładunków. Należy jednak nadmienić, że obie te sytuacje pozostają bez wpływu na działanie współcześnie produkowanych ogniw PV.

Jednakże skutek tych działań jest taki, ze powstają nadprogramowe nośniki ładunków. Pojawiają się one w całym obszarze ogniwa, czyli w obszarze zubożonym oraz typu – n,p. Tu dochodzi do rozdzielenia przez pole elektryczne złącza elektronów występujących w półprzewodniku typu p wraz z dziurami pojawiającymi się w w półprzewodniku n. O ile wcześniej nie zajdzie proces rekombinacji.

W drugiej kolejności elektrony migrują do obszaru n oraz w przypadku dziur, do obszarów p. Tak oto dochodzi do pojawienia się różnicy potencjałów, które występują pomiędzy kontaktami omowymi do obu półprzewodników. Mówimy wtedy o zjawisku efektu fotowoltanicznego. Jest to o tyle istotne, że jeśli w opisanych warunkach zostanie podłączone obciążenie to wówczas popłynie prąd.

Tekst: Marek Bachorski-Rudnicki