Urządzenia półprzewodnikowe - ogniwa fotowoltaiczne
Podstawowe ogniwo fotowoltaiczne składa się z półprzewodników typu n i p tworzących złącze pn. Górna część jest wydłużona i przezroczysta, generalnie wystawiona na działanie słońca. Te diody lub ogniwa są wyjątkowe, które generują napięcie pod wpływem światła. Ogniwa przekształcają energię świetlną bezpośrednio w energię elektryczną.
Poniższy rysunek przedstawia symbol of photovoltaic cell.
Działanie ogniwa fotowoltaicznego
Konstrukcja ogniwa fotowoltaicznego jest podobna do budowy diody złączowej PN. Gdy nie ma światła, przez urządzenie nie przepływa prąd. W tym stanie komórka nie będzie w stanie generować prądu.
Niezbędne jest prawidłowe naprężenie komórki, które wymaga sporej ilości światła. Zaraz po przyłożeniu światła można zaobserwować niezwykły stan diody złączowej PN. W rezultacie elektrony uzyskują wystarczającą energię i odrywają się od atomów macierzystych. Te nowo wygenerowane pary elektron-dziura w obszarze zubożenia przecinają połączenie.
W tej akcji elektrony przemieszczają się do materiału typu N ze względu na jego normalne stężenie jonów dodatnich. Podobnie dziury zagłębiają się w materiale typu P ze względu na zawartość negatywów. Powoduje to, że materiał typu N natychmiast przyjmuje ładunek ujemny, a materiał P - ładunek dodatni. Następnie złącze PN dostarcza w odpowiedzi małe napięcie.
Charakterystyka ogniwa fotowoltaicznego
Poniższy rysunek po lewej stronie przedstawia jedną z charakterystyk, wykres między prądem wstecznym (I R ) a oświetleniem (E) fotodiody. IR jest mierzony na osi pionowej, a oświetlenie na osi poziomej. Wykres jest linią prostą przechodzącą przez położenie zerowe.
tj. I R = mE
m = wykres nachylenia linii prostej
Parametr m to czułość diody.
Rysunek po prawej przedstawia inną charakterystykę fotodiody, wykres między prądem wstecznym (I R ) a napięciem wstecznym fotodiody. Z wykresu jasno wynika, że dla danego napięcia wstecznego prąd wsteczny rośnie wraz ze wzrostem oświetlenia na złączu PN.
Ogniwa te generalnie dostarczają energię elektryczną do urządzenia obciążającego, gdy jest włączone światło. Jeśli wymagane jest większe napięcie, układ tych ogniw służy do zapewnienia tego samego. Z tego powodu ogniwa fotowoltaiczne są wykorzystywane w zastosowaniach, w których dostępne są wysokie poziomy energii świetlnej.