نظریه ها و اصول کلی
- تشریح ساده
- فوتون های خورشید به پیل خورشیدی برخورد می کننده و توسط نیمه هادی مانند سیلیکون جذب می شوند.
- الکترون هایی که انرژی جذب کردند از قید اتم خود رها می شوند، و در ماده(سیلیکون) به جریان می افتند و برق تولید می کنند. به دلیل آرایش سلول های خورشیدی، الکترون ها فقط در یک جهت اجازه دارند حرکت کنند.
- آرایه های خورشیدی انرژی خورشیدی را به جریان مستقیم برق تبدیل می کند.
- حامل های بار
زمانی که یک فوتون به قسمتی از سیلیکون برخود می کند ،یکی از سه حالت زیر رخ می دهد :
- فوتون ها به طور مستقیم از سیلیکون عبور می کنند، این زمانی اتفاق می افتد که انرژی فوتون ها کم باشد.
- فوتون از سطح برگشت داده می شود(بازتاب می شود ).
- اگر انرژی فوتون از گاف انرژی بیشتر باشد توسط سیلیکون جذب می شود. که این باعث ایجاد یک زوج الکترون-حفره و بعضی مواقع گرما می شود که به ساختار نواری بستگی دارد.
زمانی که فوتون جذب می شود انرژی آن به الکترون در شبکه بلوری داده می شود. معمولاً این الکترون درون نوار والانسی است،و با یک پیوند کوالانسی محکم بین دو اتم مجاور مقید شده است و نمی تواند دور شود. انرژی که توسط فوتون به آن داده می شود آن را به نوار رسانش برانگیخته می کند، جایی که الکترون آزادانه می توانند درون نیمه هادی حرکت کند. در پیوند کوالانسی که الکترون قبلاً قسمتی از آن بوده و الان یک الکترون کمتر دارد ،حفره ایجاد میشود. تکرار این کار باعث می شود الکترون های در قید اتم ها به طرف حفره ها حرکت کنند، به این صورت یک حفره در جای خود باقی می گذارند، و به این طریق حفره از میان شبکه می تواند حرکت کند. بنابراین ،گفته می شود که فوتون هایی که توسط نیمه هادی جذب می شوند زوج های سیال الکترون-حفره ایجاد میکنند.
برای اینکه الکترون از نوار والانس به نوار رسانش برانگیخته شود یه فوتونی احتیاج است که انرژی بیشتر از گاف انرژی داشته باشد. به هر حال، طیف فرکانسی خورشید تقریباً یک طیف جسم سیاه است،و بیشتر فوتون هایی که از خورشید به زمین می رسد انرژی بیشتر از گاف انرژی سیلیکون دارند.
فوتون ها با انرژی بالاتر توسط سلول های خورشیدی جذب می شوند ، اما تفاوت سطح انرژی بین گاف انرژی و انرژی فوتون، بیشتر به گرما تبدیل می شود(از طریق ارتعاشات شبکه که فونون نامیده می شود) تا به انرژی الکتریکی مفید.
