Fotovoltický jav
Fotovoltický jav je proces, pri ktorom sa svetelná energia (fotóny) priamo premení na elektrickú energiu na atómovej úrovni. Tento jav sa vyskytuje v materiáloch, ktoré majú schopnosť absorbovať fotóny a uvoľniť voľné elektróny, čím vzniká elektrický prúd. Kľúčovou súčasťou tohto procesu sú polovodičové materiály, ako je kremík, ktoré sú použité vo fotovoltaických článkoch alebo solárnych paneloch.
Keď fotóny svetla dopadnú na fotovoltaický materiál, môžu preniesť svoju energiu na elektróny v atóme. Táto dodatočná energia umožňuje elektrónom prekonať tzv. band gap (energetickú bariéru) a stať sa voľnými nosičmi náboja. Tieto voľné elektróny sa potom môžu pohybovať ako elektrický prúd, ktorý možno využiť na napájanie elektrických zariadení alebo ukladať do batérií.
Fotovoltaický jav, ktorý je základom pre výrobu solárnej energie, je detailný a fascinujúci proces. Tu je podrobnejší popis toho, ako v rámci tohto javu vzniká energia:
Absorpcia svetla: Všetko začína, keď fotóny (častice svetla) dopadnú na povrch fotovoltaického článku, zvyčajne vyrobeného z polovodičového materiálu ako je kremík. Každý fotón nesie určité množstvo energie v závislosti od svojej vlnovej dĺžky.
Uvoľnenie elektrónov: Keď fotón s dostatočnou energiou narazí na atóm v polovodiči, môže preniesť svoju energiu na elektrón v atóme. Ak je táto energia vyššia alebo rovná tzv. band gap energii polovodiča (energetická bariéra, ktorá oddeluje viazané elektróny od voľných elektrónov), elektrón získa dostatok energie na to, aby sa uvoľnil z väzby s atómom.
Vznik párov elektrón-diera: Uvoľnením elektrónu vzniká vo fotovoltaickom materiáli pár elektrón-diera. Elektrón sa stáva voľným nosičom náboja, zatiaľ čo diera, ktorá vznikla jeho uvoľnením, predstavuje pozitívny náboj.
Vytvorenie elektrického poľa: Fotovoltaické články sú navrhnuté tak, aby vytvorili elektrické pole. Toto pole vzniká v dôsledku rozdielu v elektrických potenciáloch, ktorý je vytvorený umiestnením vrstiev s rôznymi typmi dotácie (n-typ a p-typ) polovodiča vedľa seba. Toto pole pomáha oddeliť voľné elektróny od dier.
Pohyb elektrónov a vznik prúdu: Voľné elektróny sa pod vplyvom elektrického poľa pohybujú smerom k n-dotovanému polovodiču, zatiaľ čo diery smerujú k p-dotovanému polovodiču. Tento pohyb nosičov náboja vytvára elektrický prúd.
Zachytenie a využitie elektrickej energie: Tento prúd je potom zachytený pomocou kovových kontaktov na vrchu a spodku solárneho článku a môže byť vedený do externého obvodu, kde sa využíva na napájanie elektrických zariadení alebo na ukladanie do batérií.
