توليد الطاقة الكهروضوئية هو تقنية تقوم بتحويل الطاقة الضوئية مباشرة إلى طاقة كهربائية باستخدام تأثير الفولتية الضوئية لواجهة أشباه الموصلات. المكون الرئيسي لهذه التقنية هو الخلية الشمسية. بعد تغليف الخلايا الشمسية وحمايتها في سلسلة ، يمكن تشكيل مساحة كبيرة من وحدات الخلايا الشمسية ، ثم دمجها مع مكونات مثل وحدات التحكم في الطاقة ، يتم تشكيل جهاز توليد الطاقة الكهروضوئية.
مبدأ توليد الطاقة من الخلايا الشمسية
1. أشباه الموصلات من النوع N وأشباه الموصلات من النوع P.
أشباه الموصلات الجوهرية ، هي أشباه موصلات نقية ذات هياكل بلورية تشكل روابط تساهمية بين الذرات. يسمى الإلكترونان الموجودان في الرابطة التساهمية بإلكترونات التكافؤ.
يمكن أن تتحرر إلكترونات التكافؤ من أغلال النواة وتصبح إلكترونات حرة (مشحونة سالبًا) بعد اكتساب قدر معين من الطاقة (زيادة درجة الحرارة أو الإضاءة) ، مع ترك فراغ في الرابطة التساهمية ، وهو ما يسمى ثقب (مشحون إيجابيا) ). تسمى كل من الإلكترونات والثقوب الحرة بالناقلات ، وعدد الحاملات في أشباه الموصلات الجوهرية صغير للغاية ، والتوصيل الكهربائي ضعيف للغاية.
يشكل دمج كميات ضئيلة من الشوائب (بعض العناصر) في أشباه الموصلات الجوهرية أشباه موصلات شائبة ، والتي يمكن أن تعزز الموصلية.
تحل إضافة الفوسفور الخماسي التكافؤ محل ذرة السيليكون ، وتشكل أربعة من الإلكترونات الخمسة الخارجية للطبقة الخارجية من ذرة الفوسفور رابطة تساهمية مع ذرات أشباه الموصلات المحيطة ، والإلكترون الإضافي يكاد يكون غير منضم ويسهل أن يصبح إلكترونًا حرًا. لذلك ، يزداد عدد الإلكترونات الحرة بعد تعاطي المنشطات ، ويصبح التوصيل الإلكتروني الحر هو الوضع الموصل الرئيسي لأشباه الموصلات هذه ، والتي تسمى أشباه الموصلات من النوع N.
عندما يتم دمج البورون ثلاثي التكافؤ ليحل محل ذرة السيليكون ، يتم إنشاء "ثقب" عندما تشكل الإلكترونات الخارجية الثلاثة للطبقة الخارجية من ذرة البورون رابطة تساهمية مع ذرات أشباه الموصلات المحيطة. لذلك ، يزداد عدد الثقوب بعد تعاطي المنشطات بشكل كبير ، ويصبح توصيل الثقب هو الطريقة الموصلة الرئيسية لأشباه الموصلات هذه ، والتي تسمى أشباه الموصلات من النوع P.
كل من أشباه الموصلات من النوع N والنوع P محايدة ولا تظهر الخصائص الكهربائية للخارج.
إلكترونات أشباه الموصلات من النوع N هي حاملة أغلبية ، والثقوب حاملة أقلية.
ثقوب أشباه الموصلات من النوع P هي حاملة أغلبية ، والإلكترونات حاملة أقلية.
2. "تقاطع PN" و "تأثير الفولتية الضوئية"
يتكون تقاطع PN من منطقة N-doped ومنطقة منشطات من النوع P على اتصال وثيق. على قطعة كاملة من رقاقة السيليكون ، تُستخدم عمليات المنشطات المختلفة لتشكيل أشباه الموصلات من النوع N على جانب واحد وأشباه الموصلات من النوع P على الجانب الآخر. المنطقة القريبة من واجهة نوعي أشباه الموصلات هي تقاطع PN. الهيكل الأساسي للخلية الشمسية هو تقاطع PN مستو بمساحة كبيرة.
عندما يضرب ضوء الشمس تقاطع PN ، يمتص تقاطع PN الطاقة الضوئية لإثارة الإلكترونات والثقوب ، مما يولد جهدًا في تقاطع PN ، يسمى "تأثير الفولتية الضوئية" أو ببساطة "التأثير الكهروضوئي".
