Fotonaponska proizvodnja energije je tehnologija koja izravno pretvara svjetlosnu energiju u električnu energiju korištenjem fotonaponskog voltnog efekta poluvodičkog sučelja. Ključna komponenta ove tehnologije je solarna ćelija. Nakon što se solarna ćelija inkapsulira i zaštiti u nizu, može se formirati veliko područje modula solarne ćelije, a zatim u kombinaciji s komponentama kao što su regulatori snage, formira se fotonaponski uređaj za proizvodnju električne energije.
Princip proizvodnje energije solarnih ćelija
1. Poluvodiči N-tipa i P-tipa poluvodiča
Intrinzični poluvodiči su čisti poluvodiči s kristalnom strukturom koja stvara kovalentne veze između atoma. Dva elektrona u kovalentnoj vezi nazivaju se valentni elektroni.
Valentni elektroni mogu se osloboditi okova jezgre i postati slobodni elektroni (negativno nabijeni) nakon dobivanja određene količine energije (povećanje temperature ili osvjetljenje), dok ostavljaju prazno mjesto u kovalentnoj vezi, što se naziva rupa (pozitivno nabijena ). I slobodni elektroni i šupljine nazivaju se nositeljima, a broj nositelja u intrinzičnim poluvodičima izuzetno je malen, električna vodljivost je vrlo slaba.
Ugradnja tragova nečistoća (nekih elemenata) u intrinzični poluvodič stvara poluvodič s nečistoćama, što može povećati njegovu vodljivost.
Dodatak peterovalentnog fosfora zamjenjuje atom silicija, a četiri od pet vanjskih elektrona vanjskog sloja atoma fosfora formiraju kovalentnu vezu s okolnim atomima poluvodiča, a dodatni elektron je gotovo nevezan i lakše postaje slobodni elektron. Stoga se broj slobodnih elektrona povećava nakon dopiranja, a provođenje slobodnih elektrona postaje glavni vodljivi način ovog poluvodiča, koji se naziva poluvodič N-tipa.
Kada se trovalentni bor ugradi da zamijeni atom silicija, "rupa" se stvara kada tri vanjska elektrona vanjskog sloja atoma bora formiraju kovalentnu vezu s okolnim atomima poluvodiča. Stoga se broj rupa nakon dopiranja značajno povećava, a vodljivost rupa postaje glavna vodljiva metoda ovog poluvodiča, nazvanog P-tip poluvodiča.
I N-tip i P-tip poluvodiča su neutralni i ne pokazuju električna svojstva prema van.
Elektroni poluvodiča N-tipa su većinski nositelji, a šupljine manjinski nositelji.
Rupe poluvodiča P-tipa su većinski nositelji, a elektroni manjinski nositelji.
2. "PN spoj" i "fotonaponski voltni efekt"
PN spoj se sastoji od N-dopiranog područja i P-tipa dopiranog područja u bliskom kontaktu. Na cijelom komadu silicijske pločice koriste se različiti procesi dopiranja za formiranje poluvodiča N-tipa s jedne strane i P-tipa poluvodiča s druge strane. Područje blizu sučelja dviju vrsta poluvodiča je PN spoj. Osnovna struktura solarne ćelije je planarni PN spoj velike površine.
Kada sunčeva svjetlost pogodi PN spoj, PN spoj apsorbira svjetlosnu energiju za pobuđivanje elektrona i šupljina, generirajući napon u PN spoju, koji se naziva "fotonaponski voltni efekt" ili jednostavno "fotonaponski efekt".
