1. Skip to Menu
  2. Skip to Content
  3. Skip to Footer

Как работает солнечная батарея?

Может показаться удивительным, но способность некоторых веществ вырабатывать электрический ток под воздействием на них солнечного света была открыта еще в 1839 году, откуда и берет начало история создания фотоэлементов. Это случилось еще до того, как 40 лет спустя Томас Эдисон изобрел первую работоспособную электрическую лампу накаливания.

Однако что-либо, что можно было бы охарактеризовать как солнечную батарею, до конца 19 века так и не было создано. В 50-х годах 20 века было обнаружено, что кремний гораздо эффективней преобразует солнечный свет в электричество, чем селен, который использовали до того времени. Таким образом, был проложен путь к созданию жизнеспособных солнечных батарей.

Как работает солнечная батарея?

В кристалле чистого кремния атомы образуют решетку. Эти атомы, как и любые другие, имеют ядро, состоящее из положительно заряженных протонов. Вокруг ядра на орбитах расположены отрицательно заряженные электроны. Внешняя орбита не полностью заполнена электронами, поэтому положительно заряженные атомы притягивают электроны соседних атомов, прочно соединяясь в кристалле. Электроны достаточно прочно удерживаются на месте и с трудом передвигаются.

Однако кристаллы чистого кремния можно «разбавить» другими элементами, то есть внести небольшое количество «примеси». Если добавить элемент, который имеет больше электронов на внешней орбите, чем кремний, то появятся свободные, отрицательно заряженные электроны, которые могут свободно передвигаться. Такой полупроводник называется кремний «n-типа», он будет проводить электричество гораздо лучше, чем чистый кремний, так как свободные электроны имеют возможность двигаться. В целом кристалл не имеет общего отрицательного заряда, так как отрицательные электроны по-прежнему уравновешиваются положительными протонами в ядре. Если к кристаллу кремния добавить элемент с меньшим содержанием электронов на внешней орбите, то образуется недостаток электронов, а материал будет называться кремний p-типа. Места, где фактически отсутствуют электроны, называются «дырками». Дырки также могут свободно перемещаться.

Солнечные батареи состоят из кремния n-типа и p-типа. Они находятся в контакте друг с другом. Это и лежит в основе принципа работы солнечных батарей. Электроны посредством притяжения к рядом расположенным дыркам перемещаются через границу элементов от кремния n-типа к кремнию p-типа. После этого на границе областей действует барьер из магнитного поля, останавливающий дальнейшее движение электронов.

Световая энергия, поглощаемая фотоэлементами, толкает электроны через границу элементов и, если между кремнием n-типа и p-типа создать электрическую цепь, электроны потекут через нее в обратном направлении. И этот процесс будет бесконечным.

К счастью для нас, поток электронов, или другими словами электрический ток, может выполнить работу на своем пути, то есть зарядить аккумуляторную батарею. Так и работает солнечная батарея.

Солнечные панели на основе кремниевых пластин такого типа могут иметь эффективность на уровне 15-20% поглощаемой ими световой энергии солнечного света. Более сложные многослойные солнечные батареи с несколькими границами переходов имеют дополнительные пары пластин из других элементов, расположенных выше или ниже. Благодаря применению различных химических соединений, каждая дополнительная пластина способна поглощать световое излучение с определенной длиной волны. Это позволяет более эффективно использовать солнечные батареи и тем самым увеличить их КПД.