Jít na vyhledávání

Fotovoltaické články a panely

Fyzikální principy

Sluneční záření

Sluneční energie dopadá na zemský povrch ve formě slunečního záření. Asi 30 % z dopadajícího záření se odrazí zpět do vesmíru, 19 % je pohlceno atmosférou a přibližně 51 % dosáhne povrchu Země ve formě přímého nebo difuzního záření.

Poměr složek slunečního záření dopadajícího na zemský povrch

Poměr složek slunečního záření dopadajícího na zemský povrch

První použitelný fotovoltaický článek s účinností kolem 6 % vyrobili vědci z Bell Laboratories v roce 1954 (Zdroj: © luchschenF / stock.adobe.com)

První použitelný fotovoltaický článek s účinností kolem 6 % vyrobili vědci z Bell Laboratories v roce 1954

V jednotlivém atomu je každý elektron na „své“ konkrétní energetické hladině a mezi nimi být nemůže. Atomy v krystalové mřížce jsou ale tak natěsno, že mezi jádrem a „jeho“ nejvzdálenějším elektronem jsou další atomová jádra. Konkrétní energetická hladina těchto elektronů se přitom rozšíří na pás. Z pohledu energií elektronů se tak v pevné látce střídají pásy povolené a zakázané jako důsledek původních energetických hladin elektronů v atomu. Je-li pás elektrony zcela zaplněn, nevede elektřinu. Tento pás se nazývá valenční. Je-li pás částečně volný, elektřinu může vést. Dopadající elektromagnetické záření, třeba světlo, může přinést dostatek energie a vyrazit elektron ven. Může vyletět do prostoru, anebo třeba jen do vyššího energetického pásu. První případ pozoroval Becquerel, který ve svých pokusech používal soli stříbra na platině. K tomu druhému případu dochází např. v polovodičových materiálech, kde na rozhraní kladně a záporně dotovaných polovodičů dochází k vytvoření páru elektron/díra. Hovoříme pak o vnitřním fotoelektrickém jevu (elektron nevylétá ven, ale zůstane v materiálu) nebo rovnou o fotovoltaickém jevu. První prakticky použitelný fotovoltaický článek na bázi křemíku spatřil světlo světa až 115 let po Becquerelově objevu ve společnosti Bell Laboratories.

Fotovoltaický jev

Fotovoltaický jev představuje vznik elektromotorického napětí při expozici polovodičových materiálů zářením určitých vlnových délek. Základními částicemi záření jsou fotony. Aby fotovoltaický jev nastal, musí mít dopadající foton dostatečně velkou energii, aby vyražený materiál překonal energetický rozdíl mezi valenčním a vodivostním pásem. Hranice pro křemík odpovídá infračervenému záření o vlnové délce 1 105 nm. Fotony s nižší energií (vlnová délka nad 1 105 nm) fotovoltaický jev v křemíkových polovodičových materiálech nezpůsobí. Naopak viditelné světlo (vlnová délka 380 až 760 nm) se výrazným způsobem podílí na fungování fotovoltaických zařízení, protože fotony viditelného spektra mají dostatečnou energii na vznik fotovoltaického jevu. Jiné polovodiče než křemík mají tuto hranici jinde.

Viditelné spektrum světla má vlnovou délku menší než je hraničních 1 105 nm a proto může způsobit fotovoltaický efekt (Zdroj: © designua / stock.adobe.com)

Viditelné spektrum světla má vlnovou délku menší než je hraničních 1 105 nm a proto může způsobit fotovoltaický efekt

Uvolňování elektronů probíhá v polovodičových materiálech tak, že fotony jsou materiálem pohlceny, předávají svou energii atomům v krystalické mřížce a na základě této energie se uvolní jeden volný elektron. Prázdné místo, které po něm zbude, se nazývá díra a má vlastnosti kladně nabité částice.

Princip fotovoltaického jevu

Princip fotovoltaického jevu

Vrátit se nahoru
detail