Конструкция солнечного элемента и принцип его работы

Солнечные элементы преобразуют энергию светового излучения в электрическую энергию.

Официальное название солнечных элементов в российской литературе: фотоэлектрические преобразователи (ФЭП).

В основе практически каждого типа солнечного элемента лежит полупроводниковая структура. Общим свойством полупроводниковых материалов является их способность поглощать оптическое излучение с образованием избыточных носителей заряда: электронов и дырок.

Солнечный элемент фактически представляет собой простой полупроводниковый диод, оптимизированный для эффективного поглощения солнечной энергии и её преобразования в электрическую.

Образующиеся в полупроводниковой структуре электроны диффундируют к области p-n – перехода, где происходит их разделение электрическим полем.

Избыточные электроны, созданные в p-слое, частично переносятся в n-слой (рис. 1). В результате n-слой приобретает дополнительный отрицательный заряд, а p-слой – положительный и во внешней цепи появляется напряжение. Отрицательному полюсу источника тока соответствует n-слой, а p-слой – положительному.

Полупроводниковая структура p-n – перехода обычно получается диффузией примеси одного типа в полупроводник легированный примесью другого типа. Металлическая сетка и тыльный металлический контакт обеспечивают токосъем с полупроводниковой структуры. Антиотражающее покрытие увеличивает долю солнечного излучения проходящего в объем полупроводника.

Все электромагнитное излучение, включая солнечный свет, состоит из квантов, называемых фотонами. Энергия кванта определяется его длиной волны в соответствии с формулой:

где h – постоянная Планка, λ – длина волны. К рождению электронно-дырочных пар способны только фотоны с энергией, большей ширины запрещенной зоны полупроводника.