Фотоэлектрическая солнечная панель состоит из десятков отдельных ячеек, соединенных вместе, чтобы обеспечить выходную мощность, равную сумме всех ячеек в панели. Активным материалом в каждой ячейке является кремний, тот же элемент, из которого сделана твердотельная электроника. Кремний обладает фотоэлектрическими свойствами, генерируя ток, когда вы светите на него.
Металлоиды
Особая группа элементов, называемых металлоидами, занимает область между металлами и неметаллами в периодической таблице; металлоиды обладают некоторыми свойствами металлов и некоторыми неметаллами. Например, металлоиды могут быть хрупкими, как неметаллы, но проводить электричество, как металлы. Двумя основными примерами металлоидных элементов являются кремний и германий. Из этих двух кремний чаще используется в электронике, потому что германий имеет проблемы в окружающей среде, более высокой, чем комнатная температура.
Легированный кремний
В процессе, называемом легированием, в кремний подмешиваются крошечные количества примесей, изменяя его электронные свойства. Например, когда кремний легирован бором, он имеет избыток положительных электрических зарядов. При добавлении мышьяка заряд кремния становится отрицательным. Солнечный элемент представляет собой сэндвич из двух слоев кремния, одного положительного, а другого отрицательного. Обе стороны действуют как положительная и отрицательная клеммы аккумулятора.
Фотоэлектрический эффект
Когда свет падает на поверхность солнечного элемента, энергия перемещает электроны в кремнии. Подключенный к цепи, солнечный элемент становится источником электрического тока. Хотя ток, обеспечиваемый одним элементом, невелик - порядка нескольких миллиампер, токи многих элементов в солнечной панели, соединенных вместе, обеспечивают несколько ампер тока.
Реакция кремния на свет
В полной темноте солнечный элемент не производит тока. По мере увеличения количества света увеличивается и мощность ячейки. Однако максимальный ток ячейки ограничен; любой дополнительный свет сверх максимальной яркости не приводит к увеличению электрической мощности. Помимо яркости, также имеет значение длина волны падающего света. Типичный кремниевый солнечный элемент реагирует на большую часть видимой и инфракрасной частей спектра солнечного света, но некоторые длины волн в желтой и красной областях поглощаются плохо. Часть инфракрасного излучения и все более длинные волны проходят через солнечную батарею и не производят электричество.