Che tipo di luce non una cella solare bisogno?

Le celle solari progettate per convertire la luce solare in elettricità sono chiamate celle fotovoltaiche. Catturano fotoni --- piccole "particelle" di luce --- e utilizzano l'energia del sole per spostare gli elettroni attraverso un circuito. La chiave è che sono "progettati". Ogni cella fotovoltaica accetta solo una parte della luce solare incidente. La porzione accettano è funzione dei materiali di cui sono composte e il modo tali materiali sono messi insieme.

Il processo fotovoltaico

Le celle fotovoltaiche sono costruite dai semiconduttori, la stessa classe di materiali utilizzati per fare chip per computer. Semiconduttori sono costruiti da strati di silicio cristallino o altro materiale sfuso. I cristalli hanno di solito tutti i loro elettroni "legati", attaccato vicino ai loro atomi casa in uno stato a basso consumo energetico chiamato "banda di valenza". Quando un elettrone assorbe energia da un fotone, esso viene urtato fino ad un alta energia "banda di conduzione," dove può essere raccolto per fornire energia elettrica.

luce assorbita

Per un fotone da assorbire, deve avere almeno abbastanza energia per spingere un elettrone dalla valenza alla banda di conduzione. Tale differenza di energia è chiamata "bandgap", ed è una funzione del materiale sfuso del cristallo ed i particolari di fabbricazione. L'assorbimento più efficiente arriva quando il fotone ha poco più di energia bandgap --- fotoni inferiori che l'energia non vengono assorbiti a tutti, e come loro energia diventa superiore alla bandgap loro assorbimento scende. L'energia è solo un altro modo di misurare la lunghezza d'onda, in modo che il bandgap determina il tipo di luce un solare cellula ha bisogno.

Silicio (Si)

silicio cristallino ha un bandgap di circa 1 electron-Volt (eV), che corrisponde ad un limite di lunghezza d'onda superiore di circa 1 μ, oppure 1 milionesimo di metro, una lunghezza d'onda della radiazione infrarossa invisibile (luce visibile è tra 0,4 a 0,7 μ) . La responsività --- una misura di quanto bene la cella solare converte la luce in elettricità --- scende giù dal suo picco a 1 μ a sparire completamente da circa 0,4 μ. Quindi, una cella solare al silicio in grado di usare le lunghezze d'onda del vicino infrarosso a 1μ fino a 0.4μ lunghezza d'onda della luce blu.

Tellururo di cadmio (CdTe)

I cristalli sono costituiti da blocchi identici assemblati in un motivo ripetuto. In semiconduttori silicio, i componenti sono singoli atomi, ma in un'altra classe di semiconduttori i blocchi sono composti da una coppia di atomi. Tale è il caso con tellururo di cadmio, in cui un atomo di cadmio e un atomo di tellurio compongono il blocco di costruzione. celle solari CdTe sono molto più sottili e leggeri rispetto alle cellule tradizionali Si, e la loro efficacia è paragonabile. Il bandgap CdTe è di circa 1,5 eV, che corrisponde ad un limite di lunghezza d'onda di circa 0,8 μ. CdTe responsività interrompe a circa 0,4 μ.

Rame indio gallio seleniuro (CIGS)

Come prevedibile dal nome, la struttura cristallina di CIGS è più complessa di quanto sia Si o CdTe. celle solari CIGS sono composte da una combinazione di rame indio-seleniuro (CIS) e rame gallio-seleniuro. Sebbene la struttura cristallina è più complessa, il processo di fabbricazione può essere potenzialmente costoso e il bandgap e altre proprietà può essere sintonizzata per fornire la conversione di energia molto efficiente. Una cella CIGS "tipico" lavorerà 0,9-0,4 μ, ma diversi produttori sintonizzare la responsività di coprire diverse lunghezze d'onda.

celle multigiunzione

celle multigiunzione hanno un semiconduttore costruita su un altro dei semiconduttori, forse costruita su un altro. Ad alta energia, la luce a breve lunghezza d'onda viene assorbita fortemente dal cristallo superiore; bassa energia, luce di lunghezza d'onda assorbita dalla successiva; poi ancora più lunghi lunghezze d'onda dallo strato sottostante. Molti materiali diversi possono essere usati, ma una combinazione comune mette fosfuro di indio gallio sulla cima di indio arseniuro di gallio sulla cima di germanio. Il punto centrale di queste complesse strutture costose è quello di massimizzare la responsività in un ampio intervallo, in modo che queste cellule possono accettare luce da circa 1,8 a 0,4 μ μ.