Was ist Photovoltaics?

Photovoltaics ist die direkte Umwandlung des Lichtes in Strom auf dem Atomniveau. Etwas Materialien weisen ein Eigentum auf, das als der photoelektrische Effekt bekannt ist, der sie veranlaßt, Photonen von Licht- und Freigabeelektronen zu absorbieren. Wenn diese freien Elektronen gefangen genommen werden, elektrische gegenwärtige Ergebnisse, die als Strom verwendet werden können.

Der photoelektrische Effekt wurde zuerst von einem französischen Physiker, Edmund Bequerel im Jahre 1839 gemerkt der fand, dass bestimmte Materialien kleine Mengen des elektrischen Stroms produzieren würden, als herausgestellt Licht. Im Jahre 1905 beschrieb Albert Einstein die Art des Lichtes und des photoelektrischen Effektes auf, welche photo-voltaische Technologie basiert, für die er später einen Nobelpreis in der Physik gewann. Das erste photo-voltaische Modul wurde durch Bell-Labors im Jahre 1954 errichtet. Es wurde als Solarbatterie berechnet und war größtenteils gerade eine Neugier, da es zu teuer war, weitverbreiteten Gebrauch zu gewinnen. In den sechziger Jahren fing die Raumindustrie an, den ersten ernsten Gebrauch von der Technologie zu machen, Energie an Bord des Raumfahrzeugs zur Verfügung zu stellen. Durch die Weltraumprogramme brachte die Technologie voran, wurde seine Zuverlässigkeit hergestellt, und die Kosten fingen an zu sinken. Während der Energiekrise in den siebziger Jahren, gewann photo-voltaische Technologie Anerkennung als Quelle der Energie für Nichtraumanwendungen.

Solarzellen werden von den gleichen Arten von Halbleitermaterialien, wie Silikon gemacht, benutzt in der Mikroelektronikindustrie. Für Solarzellen wird ein dünner Halbleiterwafer besonders behandelt, um ein elektrisches Feld zu bilden, das auf einer Seite und Negativ auf dem anderen positiv ist. Wenn Lichtenergie die Solarzelle schlägt, werden Elektronen lose von den Atomen im Halbleitermaterial geklopft. Wenn elektrische Leiter zu den positiven und negativen Seiten befestigt werden, einen elektrischen Stromkreis bildend, können die Elektronen in Form eines elektrischen Stroms gefangen genommen werden - d.h., Strom. Dieser Strom kann dann verwendet werden, um eine Last, wie ein Licht oder ein Werkzeug anzutreiben.

Einige Solarzellen, die elektrisch miteinander angeschlossen werden und in eine Stützstruktur oder -rahmen angebracht sind, wird ein photo-voltaisches Modul genannt. Module sind entworfen, um Strom an einer bestimmten Spannung, wie einem allgemeinen 12-Volt-System zu liefern. Das gegenwärtige produziert ist direkt abhängig von, wie viel Licht das Modul schlägt.

Mehrfache Module können zusammen verdrahtet werden, um eine Reihe zu bilden. Im allgemeinen das größer der Bereich eines Moduls oder Reihe, wird mehr Strom produziert. Foto-voltaische Module und Reihen produzieren Strom des Gleichstroms (DC). Sie können in der Reihe und in den parallelen elektrischen Vorbereitungen angeschlossen werden, um jede erforderliche Spannung und gegenwärtige Kombination zu produzieren.

Heutige allgemeinste PV-Geräte benutzen eine einzelne Kreuzung oder Schnittstelle, um ein elektrisches Feld innerhalb eines Halbleiters wie eine PV-Zelle zu schaffen. Gleich ist, in einer Einzelkreuzung PV-Zelle können nur Photonen, denen Energie oder größere als die Bandlücke des Zellmaterials ein Elektron für einen elektrischen Stromkreis freigeben. Das heißt, ist die photo-voltaische Antwort von Einzelkreuzungszellen zum Teil des Spektrums der Sonne begrenzt, dessen Energie über der Bandlücke des Absorbermaterials ist, und niederenergetischere Photonen werden nicht benutzt.

Eine Möglichkeit, um diese Beschränkung zu erhalten ist, zwei (oder mehr) verschiedene Zellen, mit mehr als einer Bandlücke und mehr als einer Kreuzung zu benutzen, um eine Spannung zu erzeugen. Diese gekennzeichnet als „multijunction“ Zellen (nannte auch „Kaskade“ oder „Tandem“ Zellen). Multijunctions-Geräte können eine höhere Gesamtumwandlungs-Leistungsfähigkeit erzielen, weil sie mehr des Energiespektrums des Lichtes in Strom umwandeln können.

ein multijunction Gerät ist ein Stapel einzelne Einzelkreuzungszellen in absteigender Folge der Bandlücke (z.B.). Die Spitzenzelle nimmt die energiereichen Photonen gefangen und gibt den Rest der durch weiter Niedrig-BandGap-Zellen absorbiert zu werden Photonen.

Viel von heutiger Forschung in den multijunction Zellfokussen auf Galliumarsenid als einer (oder allen) der Teilzellen. Solche Zellen haben Leistungsfähigkeit von herum 35% unter starkem Sonnenlicht erreicht. Andere Materialien studierten für multijunction Geräte sind gewesen formloses Silikon und Kupfer-Indium-Diselenid.