Konverter energi fotovoltaik semikonduktor (fotosel)

Fotosel adalah perangkat elektronik yang dirancang untuk mengubah energi foton menjadi energi arus listrik.

Secara historis, prototipe pertama fotosel modern telah ditemukan Alexander G. Stoletov pada akhir abad ke-19. Dia menciptakan perangkat yang bekerja berdasarkan prinsip efek fotolistrik eksternal. Instalasi eksperimental pertama terdiri dari sepasang lembaran logam datar paralel, salah satunya terbuat dari jaring untuk memungkinkan cahaya melewatinya dan yang lainnya padat.

Tegangan konstan diterapkan pada lembaran, yang dapat disesuaikan dalam kisaran 0 hingga 250 volt. Kutub positif dari sumber tegangan dihubungkan ke elektroda grid dan kutub negatif ke padatan. Galvanometer sensitif juga disertakan dalam skema.

Ketika sebuah lembaran padat disinari dengan cahaya dari busur listrik, jarum galvanometer dibelokkan, menunjukkan bahwa arus searah sedang dihasilkan di sirkuit meskipun ada udara di antara cakram.Dalam percobaan, ilmuwan menemukan bahwa besarnya "arus foto" bergantung pada voltase yang diberikan dan intensitas cahaya.

Memperumit pemasangan, Stoletov menempatkan elektroda di dalam silinder tempat udara dievakuasi, dan sinar ultraviolet diumpankan ke elektroda sensitif melalui jendela kuarsa. Jadi itu terbuka efek foto.

Hari ini, berdasarkan efek ini, itu berhasil konverter fotovoltaik… Mereka bereaksi terhadap radiasi elektromagnetik yang jatuh pada permukaan elemen dan mengubahnya menjadi tegangan keluaran. Contoh konverter semacam itu adalah sel surya… Prinsip yang sama digunakan oleh sensor fotosensitif.

Fotosel khas terdiri dari lapisan bahan fotosensitif resistansi tinggi yang diapit di antara dua elektroda konduktif. Sebagai bahan fotovoltaik untuk sel surya, itu biasa digunakan semikonduktor, yang bila menyala penuh, mampu memberikan 0,5 volt pada keluarannya.

Elemen semacam itu paling efisien dari sudut pandang energi yang dihasilkan, karena memungkinkan transfer energi foton satu langkah secara langsung — dalam arus listrik... Dalam kondisi normal, efisiensi 28% adalah norma untuk elemen tersebut.

Di sini, efek fotolistrik yang kuat terjadi karena ketidakhomogenan struktur semikonduktor dari bahan kerja.Ketidakhomogenan ini diperoleh baik dengan mendoping bahan semikonduktor yang digunakan dengan ketidakmurnian yang berbeda, sehingga menciptakan sambungan pn, atau dengan menghubungkan semikonduktor dengan ukuran celah yang berbeda (energi di mana elektron meninggalkan atomnya) —sehingga memperoleh sambungan hetero, atau dengan memilih bahan kimia semacam itu komposisi semikonduktor yang gradien celah pita—struktur celah bertingkat—muncul di dalamnya. Akibatnya, efisiensi elemen tertentu bergantung pada karakteristik ketidakhomogenan yang diperoleh di dalam struktur semikonduktor tertentu serta fotokonduktivitas.

Untuk mengurangi kerugian dalam sel surya, sejumlah peraturan digunakan dalam pembuatannya. Pertama, digunakan semikonduktor yang celah pitanya optimal hanya untuk sinar matahari, misalnya senyawa silikon dan galium arsenida.Kedua, sifat struktur diperbaiki dengan doping optimal. Preferensi diberikan pada struktur yang heterogen dan bertingkat. Ketebalan lapisan yang optimal, kedalaman p-n-junction dan parameter terbaik dari grid kontak dipilih.

Elemen kaskade juga dibuat, di mana beberapa semikonduktor dengan pita frekuensi berbeda bekerja, sehingga setelah melewati satu kaskade, cahaya memasuki kaskade berikutnya, dll. Ide penguraian spektrum matahari terlihat menjanjikan, sehingga masing-masing kaskadenya daerah ditransformasikan dari bagian terpisah dari fotosel.

Ada tiga jenis utama sel fotovoltaik yang ada di pasaran saat ini: silikon monokristalin, silikon polikristalin, dan film tipis.Film tipis dianggap paling menjanjikan karena sensitif bahkan terhadap cahaya liar, dapat ditempatkan pada permukaan melengkung, tidak rapuh seperti silikon, dan efektif bahkan pada suhu operasi yang tinggi.

Lihat juga: Efisiensi sel surya dan modul