Сонячні панелі, також відомі як «сонячні чіпи» або «фотоелементи» і «сонячні батареї», є фотоелектричними напівпровідниковими листами, які використовують сонячне світло для безпосереднього вироблення електроенергії. Пристрій, який безпосередньо перетворює енергію сонячного світла в електричну енергію за допомогою фотоелектричного ефекту або фотохімічного ефекту. У фізиці його називають фотоелектричним (фотоелектричний, скорочено PV), або фотоелектричним скорочено. Окремі сонячні батареї не можна використовувати безпосередньо як джерела енергії. Для використання в якості джерела живлення кілька одиночних сонячних батарей повинні бути з'єднані послідовно і паралельно і щільно запечатані в компоненти. Його принцип роботи полягає в тому, що сонячні панелі поглинають енергію сонячного світла протягом дня і перетворюють її в електричну енергію і зберігають її в батареї, а батарея живить вуличне світло сонячної енергії в нічний час. Так чому ж сонячні панелі виробляють електрику в сонячних умовах?
Сонячні панелі зазвичай використовують пристрої, які реагують на світло і можуть перетворювати сонячну світлову енергію в електрику. Найпоширенішим матеріалом є кремній, який є одним з найпоширеніших матеріалів на землі. Він має напівпровідникові характеристики, що закладає основу для процесу фотоелектричного перетворення сонячних панелей.
Але перше, що потрібно зрозуміти, це те, що провідність чистого кремнію дуже погана, і немає електронів, здатних вільно переміщатися в кристалічній структурі. Для підвищення його провідності чистий кремній зазвичай легують слідовими домішками для підвищення його провідності. За цією характеристикою можуть виготовлятися різні провідні пристрої.
Для кремнію, який використовується для виготовлення сонячних панелей сонячної енергії вуличного світла, зазвичай додається фосфор або бор. При додаванні бору кремнієвий кристал утворює отвір. Оскільки оригінальний атом кремнію оточений 4 електронами, а атом бору оточений лише 3 електронами, отвори також будуть генеруватися, коли він буде легований в оригінальну кристалічну структуру. Без електронів цей отвір дуже нестабільний і легко поглинає інші електрони, утворюючи напівпровідник P-типу.
Коли домішки фосфору легуються в кристали кремнію, тому що навколо атомів фосфору є 5 електронів, додатковий електрон буде дуже активним, утворюючи напівпровідник N-типу. У напівпровідниках P-типу багато отворів, і в напівпровідниках N-типу є багато активних вільних електронів. Коли ці два контакти, ці вільні електрони знайдуть дірки і заповнять їх. Контактна поверхня між ними утворить різницю потенціалів, тобто вузол PN. Сторона P-типу позитивно і негативно заряджена, а сторона N-типу позитивно заряджена.
При отриманні світла енергія, що міститься в світлі, буде передана в напівпровідник. Ця енергія буде послаблювати структуру електронів і вільно рухатися. Це пов'язано з тим, що сонячна світлова енергія розбере електрони і дірки. При нормальних обставинах фотон з певною енергією вивільнить електрон, який просто утворює вільний отвір. Якщо це станеться безпосередньо біля контактної поверхні, і при притягненні вбудованим електричним полем електрони будуть надходити в n-зону, а дірки будуть надходити в зону P, утворюючи струм від зони N-типу до зони P-типу. Спрацьовує силова установка батареї. Електрика утворюється напругою, яка використовується для зарядки.
Однак слід зазначити, що напівпровідники не є хорошими провідниками електрики, а електрони течуть через З'єднання P-N, а потім течуть в напівпровіднику, що викличе масу втрат. Тому верхній шар зазвичай покривається металом. Однак, якщо він повністю пофарбований, це призведе до того, що сонячне світло не пройде. При звичайних обставинах для покриття З'єднання P-N використовується металева сітка. Ще одна річ, яку слід зазначити, це те, що поверхня кремнію дуже відбивається. Якщо його не лікувати, буде відбиватися велика кількість сонячного світла. Щоб вирішити цю проблему, виробник вуличного світла сонячної енергії зазвичай додає шар захисної плівки низького коефіцієнта відбиття на сонячній панелі. Втрати, викликані відображенням, будуть контролюватися в межах 5%.
