Conversores de energia fotovoltaica semicondutores (fotocélulas)

As fotocélulas são dispositivos eletrônicos projetados para converter a energia dos fótons em energia de uma corrente elétrica.

Historicamente, o primeiro protótipo da fotocélula moderna foi inventado Alexandre G. Stoletov no final do século XIX. Ele cria um dispositivo que funciona com base no princípio do efeito fotoelétrico externo. A primeira instalação experimental consistia em um par de chapas metálicas planas paralelas, uma das quais era feita de malha para permitir a passagem da luz e a outra era sólida.

Uma tensão constante foi aplicada às placas, que pode ser ajustada na faixa de 0 a 250 volts. O polo positivo da fonte de tensão foi conectado ao eletrodo da grade e o polo negativo ao sólido. Um galvanômetro sensível também foi incluído no esquema.

Quando uma folha sólida foi iluminada com luz de um arco elétrico, agulha de galvanômetro desviado, indicando que uma corrente contínua está sendo gerada no circuito, apesar de haver ar entre os discos.No experimento, o cientista descobriu que a magnitude da "fotocorrente" depende tanto da voltagem aplicada quanto da intensidade da luz.

Para complicar a instalação, Stoletov coloca os eletrodos dentro de um cilindro do qual o ar é evacuado e a luz ultravioleta é alimentada ao eletrodo sensível através de uma janela de quartzo. Então estava aberto efeito de foto.

Hoje, com base nesse efeito, funciona conversores fotovoltaicos… Eles reagem à radiação eletromagnética que cai na superfície do elemento e a convertem em uma tensão de saída. Um exemplo desse conversor é célula solar… O mesmo princípio é usado por sensores fotossensíveis.

Uma fotocélula típica consiste em uma camada de material fotossensível de alta resistência entre dois eletrodos condutores. Como um material fotovoltaico para células solares, é comumente usado semicondutor, que, quando totalmente iluminado, é capaz de fornecer 0,5 volts na saída.

Tais elementos são mais eficientes do ponto de vista da energia gerada, pois permitem a transferência direta de energia do fóton em uma etapa - em corrente elétrica... Em condições normais, uma eficiência de 28% é a norma para tais elementos.

Aqui, ocorre um intenso efeito fotoelétrico devido à falta de homogeneidade da estrutura semicondutora do material de trabalho.Essa não homogeneidade é obtida dopando o material semicondutor usado com diferentes impurezas, criando assim uma junção pn, ou conectando semicondutores com diferentes tamanhos de gap (energias nas quais os elétrons deixam seus átomos) - obtendo assim uma heterojunção, ou escolhendo tal produto químico composição do semicondutor em que um gradiente de bandgap - uma estrutura de gap graduado - aparece dentro. Como resultado, a eficiência de um determinado elemento depende das características de não homogeneidade obtidas dentro de uma determinada estrutura semicondutora, bem como da fotocondutividade.

Para reduzir as perdas em uma célula solar, vários regulamentos são usados ​​em sua fabricação. Primeiro, são usados ​​semicondutores cujo bandgap é ótimo apenas para a luz solar, por exemplo, compostos de silício e arsenieto de gálio.Segundo, as propriedades da estrutura são melhoradas por dopagem ótima. A preferência é dada a estruturas heterogêneas e graduadas. A espessura ideal da camada, a profundidade da junção p-n e os melhores parâmetros da grade de contato são selecionados.

Também são criados elementos em cascata, onde funcionam vários semicondutores com diferentes bandas de frequência, para que depois de passar por uma cascata, a luz entre na seguinte, etc. regiões é transformada a partir de uma seção separada da fotocélula.

Existem três tipos principais de células fotovoltaicas no mercado hoje: silício monocristalino, silício policristalino e filme fino.Os filmes finos são considerados os mais promissores porque são sensíveis até mesmo à luz dispersa, podem ser colocados em superfícies curvas, não são tão quebradiços quanto o silício e são eficazes mesmo em altas temperaturas de operação.

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