انرژی خورشیدی فتوولتاییک

اتلاف انرژی در یک سلول خورشیدی

نور مرئی تنها بخشی از طیف الکترومغناطیس است. تشعشع الکترومغناطیس تک رنگ نیست و از دامنه ای از طول موج های مختلف تشکیل شده و در نتیجه سطوح انرژی متفاوتی دارد. 

نور را هم می توان به طول موج های گوناگونی تجزیه کرد که ما آن را به شکل رنگین کمان می بینیم. از آنجایی که سلول ما توسط فوتون هایی با دامنه انرژی های متفاوت مورد اصابت قرار می گیرد، لذا برخی از آنها انرژی لازم برای شکست پیوند الکترون-حفره را ندارند. 

آنها به سادگی از درون سلول می گذرند، درست انگار که از یک شیشه شفاف عبور کرده اند. در حالی که برخی دیگر از فوتون ها انرژی بسیار زیادی دارند. تنها میزان مشخصی از انرژی، که با الکترون ولت اندازه گیری شده (و میزان لازم برای مواد درون سلول ما هم مشخص است) می تواند بر الکترون های اتم های سیلیکون سلول خورشیدی ما اثر گذارد. 

hما این را band gap energy می نامیم. اگر فوتونی انرژی بیش از میزان لازم داشته باشد، پس انرژی اضافی هدر می رود. مگر اینکه فوتون انرژی دو برابر میزان مورد نیاز داشته و بتواند به طور همزمان دو الکترون را رها کند که این هم چندان زیاد نیست که معنی دار محسوب شود. به این صورت است که تقریبا 70 درصد انرژی تابشی دریافتی توسط سلول ما در واقع تلف می شود و کارایی ندارد. 

چرا نمی توانیم موادی را انتخاب کنیم که band gap پایینی داشته باشند و از فوتون های بیشتری بهره ببریم؟ متاسفانه band gap ما توسط قدرت یا ولتاژ میدان الکتریکی مان هم محدود شده است و اگر بسیار پایین باشد، جریانی که توسط جذب فوتون های بیشتر تولید می شود، ولتاژ بسیار پایین تری تولید خواهد کرد. و شیوه کار فعلی بهینه ترین حالت ممکن برای تولید ولتاژ و جریان مناسب است. 

ما همچنین تلفات دیگری هم در این میان داریم. الکترون های ما توسط یک مدار بیرونی از یک سوی سلول به سوی دیگر جریان پیدا می کنند. ما می توانیم بخش پایینی را با فلز پوشانده و رسانایی مناسبی را تامین کنیم. اما اگر بخش بالایی را کامل بپوشانیم، آنگاه فوتون ها نمی توانند از درون رسانای مات عبور کنند و ما تمامی جریان را به کلی از دست می دهیم. در برخی از سلول های خورشیدی در بالا از رساناهای شفاف استفاده می شود. 

اگر هم نقاط تماس مان را در دیواره های سلول قرار دهیم. الکترون ها راه واقعا طولانی را لازم است برای رسیدن به نقاط تماس طی کنند. به خاطر داشته باشید که سیلیکون یک نیمه رسانا است و همانند فلز از پس عبور جریان بر نمی آید. و مقاومت داخلی آن نسبتا بالا است. 
و مقاومت بالا به معنی اتلاف انرژی بالا است. برای به حداقل رساندن این اتلاف، سلول ها را توسط شبکه فلزی می پوشانند که فاصله سفر الکترون ها تا نقاط تماس را به حداقل می رساند. البته این مورد هم باعث بلوکه شدن برخی فوتون ها می شود که اگرچه خیلی کم نیست، اما از مقاومت داخلی نیمه رساناها بسیار کمتر است. 

اکنون می دانیم که یک سلول خورشیدی چگونه کار می کند. اجازه دهید ببیینیم چگونه می توان انرژی یک خانه را با این تکنولوژی تامین کرد.