Солнечные батареи: как это сделано?

17.07.2019

Солнечные батареи помогают человечеству сократить выбросы углекислого газа в атмосферу и являются практическим воплощением нескончаемого источника электроэнергии. Как «появилось на свет» «важнейшее изобретение человечества» и что оно собой представляет?

Photo: Chelsea | Unsplash

Всё началось с того, что физик из Франции Александр Беккерель в 1839 году открыл фотоэлектрический эффект. Столетием позже сотрудники BELL Laboratories химик К. Фуллер, инженер Д. Чапин и физик Дж. Пирсон смогли разработать кремниевый фотоэлемент. Однако никто из изобретателей даже представить не мог, что его «детище» станет врагом нефтяных магнатов и будет на страже экологии.

Принцип работы фотоэлемента станет ясным, если разобраться в строении атома кремния. Внешняя электронная оболочка этого элемента содержит свободные места электронов. Атомы в попытке заполнить эти вакантные места в совокупности образуют кристаллическую решётку. Кристаллический кремний в чистом виде ток не проводит. Производители солнечных батарей в свои панели добавляют фосфор, где электроны в избытке. Этот материал именуют кремнием n-типа и он располагается с внешней стороны батареи. Внутри располагается кремний p-типа, в котором электроны в недостатке. При воздействии фотонов солнечных лучей в кремнии n-типа происходит возбуждение электронов, которые переходят на внутреннюю сторону батареи и заполняют свободные места электронов в кремнии p-типа. Именно благодаря движению заряженных частиц образуется энергия.

В прошлом веке фотоэлементы преимущественным образом применялись в космической отрасли. Массовая популяризация солнечных панелей в XXI веке потребовала их модернизации в целях удешевления и увеличения срока годности продукта. Так, поверх слоя кремния начали размещать прозрачное стекло, которое способно пропускать ультрафиолетовые лучи. Также производители начали бить головы над улучшением эффективности панелей. Ещё в 2009-2010 годах КПД фотоэлементов доступных на рынке солнечных батарей не превышал 13%. А уже сегодня можно без всяких затруднений купить панели с КПД в 20%. Опытным путем установлена возможность повышения КПД фотоэлементов до 35%.

Единственный недостаток солнечных батарей кроется в их прямой зависимости от солнечных лучей и дневного света.

Источник: How Solar Panels Work (And Why They’re Taking Over the World)