كيف تعمل المواد الكهروضوئية

"توليد الطاقة الكهروضوئية" هو شكل من أشكال توليد الطاقة الذي يحول طاقة ضوء الشمس مباشرة إلى طاقة كهربائية. في عام 1839، اكتشف العالم الفرنسي إيه إي بيكريل لأول مرة "التأثير الكهروضوئي". ومع ذلك، لم يتم تطوير أول خلية كهروضوئية أحادية البلورة من السيليكون (Solar Cel1) بنجاح في مختبرات بيل في الولايات المتحدة إلا بعد مرور أكثر من قرن، في عام 1954. منذ منتصف وأواخر السبعينيات، تم تحسين تكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية بشكل مستمر. وتم تخفيض التكاليف بشكل مستمر، مما دفع التطور النشط لصناعة الطاقة الكهروضوئية. على جانبي تقاطع PN، تتشكل منطقة شحنة فضائية ذات عرض ضيق للغاية بسبب انتشار ناقلات الأغلبية (الإلكترونات في المنطقة N والثقوب في المنطقة P) مع بعضها البعض، مما يؤدي إلى إنشاء شبكة كهربائية ذاتية الصنع الحقل إي. فهو بمثابة حاجز محتمل أمام حاملي الأغلبية على كلا الجانبين، ويمنعهم من الاستمرار في الانتشار تجاه بعضهم البعض؛ لكن لها تأثير جر على حاملات الأقلية على كلا الجانبين (الثقوب في المنطقة N والإلكترونات في المنطقة P) ويمكنها سحبها بعيدًا بسرعة. اسحب إلى منطقة الخصم. عندما تكون في حالة توازن مستقر، يكون هناك عدد قليل جدًا من ناقلات الأقلية، مما يجعل من الصعب تكوين الطاقة الكهربائية الحالية والمخرجة. ومع ذلك، تتأثر الخلايا الكهروضوئية بالفوتونات الشمسية، والتي تولد عددًا كبيرًا من أزواج ثقب الإلكترون في حالة عدم التوازن داخل الخلية الكهروضوئية. يمكن سحب حاملات الأقلية غير المتوازنة المولدة ضوئيًا (أي الثقوب غير المتوازنة في المنطقة N والثقوب غير المتوازنة في المنطقة P) والإلكترونات غير المتوازنة) إلى المنطقة الأخرى بواسطة المجال الكهربائي المدمج Ei، ومن ثم يتم إنشاء مجال كهربائي مولد ضوئيًا EPV في تقاطع PN في الخلية الكهروضوئية. عند توصيل الدائرة الخارجية، يمكن للتيار أن يتدفق للخارج ويمكن إخراج الطاقة الكهربائية. عندما يتم دمج العديد من هذه الخلايا الشمسية الكهروضوئية الصغيرة على التوالي وبالتوازي لتشكيل وحدة الخلايا الكهروضوئية، سيتم إنتاج طاقة كهربائية كافية تحت تأثير الطاقة الشمسية.