Εξερεύνηση Ενότητας

Φως, απορρόφηση και ενέργεια φωτονίων
Η μετατροπή της ηλιακής ενέργειας ξεκινά όταν φωτόνια από το ηλιακό φως προσπίπτουν στην επιφάνεια ενός φωτοβολταϊκού στοιχείου. Το ηλιακό φως είναι ένα μείγμα ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που καλύπτουν υπεριώδη, ορατά και υπέρυθρα μήκη κύματος. Κάθε φωτόνιο μεταφέρει μια διακριτή ποσότητα ενέργειας που καθορίζεται από το μήκος κύματός του: τα μικρότερα μήκη κύματος (μπλε φως) μεταφέρουν περισσότερη ενέργεια από τα μεγαλύτερα μήκη κύματος (κόκκινο φως).

^{Σχήμα 2. Φασματική ακτινοβολία του ηλιακού φωτός (ASTM G173-03 reference spectra) που δείχνει την κατανομή της ενέργειας των φωτονίων στα μήκη κύματος. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία πυριτίου με ενεργειακό χάσμα ~1,1 eV (που αντιστοιχεί σε μήκος κύματος ~1100 nm) μπορούν να μετατρέψουν μόνο ορατά και κοντινά υπέρυθρα φωτόνια. (Πηγή: NREL)}

Όταν ένα φωτόνιο εισέρχεται σε ένα υλικό ημιαγωγού όπως το πυρίτιο, μπορεί να απορροφηθεί, να ανακλαστεί ή να διαπεράσει.

Η απορρόφηση είναι το κλειδί: αν η ενέργεια του φωτονίου ισούται ή υπερβαίνει την ενέργεια του ενεργειακού χάσματος του υλικού (την ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για να ελευθερωθεί ένα ηλεκτρόνιο από το ατομικό του δεσμό), το ηλεκτρόνιο μετακινείται από τη ζώνη σθένους στη ζώνη αγωγιμότητας.

^{Σχήμα 3. Σύγκριση ενεργειακών ζωνών σε μέταλλα, ημιαγωγούς και μονωτές. Στους ημιαγωγούς όπως το πυρίτιο, το ενεργειακό χάσμα (Eg ≈ 1,1 eV) είναι αρκετά μικρό ώστε τα φωτόνια να διεγείρουν ηλεκτρόνια από τη ζώνη σθένους (κόκκινο) στη ζώνη αγωγιμότητας (μπλε), επιτρέποντας τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας. (Πηγή: Wikimedia Commons, Public Domain)}

Αυτό δημιουργεί ένα ζεύγος ηλεκτρόνιου-οπής—ένα κινητό αρνητικό φορτίο (ηλεκτρόνιο) και μια αντίστοιχη θετική θέση (οπή).