Fotovoltaična proizvodnja električne energije je tehnologija, ki neposredno pretvarja svetlobno energijo v električno energijo z uporabo fotovoltaičnega voltnega učinka polprevodniškega vmesnika. Ključna komponenta te tehnologije je sončna celica. Ko je sončna celica enkapsulirana in zaščitena v seriji, se lahko oblikuje veliko območje modulov sončnih celic, nato pa se v kombinaciji s komponentami, kot so krmilniki moči, oblikuje fotovoltaična naprava za proizvodnjo električne energije.
Princip proizvodnje električne energije s sončnimi celicami
1. Polprevodniki tipa N in polprevodniki tipa P
Intrinzični polprevodniki so čisti polprevodniki s kristalnimi strukturami, ki tvorijo kovalentne vezi med atomi. Dva elektrona v kovalentni vezi imenujemo valenčni elektroni.
Valenčni elektroni se lahko osvobodijo spon jedra in postanejo prosti elektroni (negativno nabiti), potem ko pridobijo določeno količino energije (zvišanje temperature ali osvetlitev), medtem ko pustijo prazno mesto v kovalentni vezi, ki se imenuje luknja (pozitivno nabiti ). Tako proste elektrone kot luknje imenujemo nosilci, število nosilcev v intrinzičnih polprevodnikih pa je izjemno majhno, električna prevodnost je zelo slaba.
Vključitev sledov nečistoč (nekaterih elementov) v intrinzični polprevodnik tvori nečistočni polprevodnik, ki lahko poveča njegovo prevodnost.
Dodatek pentavalentnega fosforja nadomesti atom silicija in štirje od petih zunanjih elektronov zunanje plasti atoma fosforja tvorijo kovalentno vez z okoliškimi atomi polprevodnikov, dodatni elektron pa je skoraj nevezan in lažje postane prosti elektron. Zato se število prostih elektronov po dopiranju poveča in prevodnost prostih elektronov postane glavni prevodni način tega polprevodnika, imenovanega polprevodnik tipa N.
Ko je trivalentni bor vključen, da nadomesti atom silicija, nastane "luknja", ko trije zunanji elektroni zunanje plasti atoma bora tvorijo kovalentno vez z okoliškimi atomi polprevodnikov. Zato se število lukenj po dopiranju znatno poveča in prevodnost lukenj postane glavna prevodna metoda tega polprevodnika, imenovanega polprevodnik tipa P.
Polprevodniki tipa N in P so nevtralni in navzven ne kažejo električnih lastnosti.
Elektroni polprevodnikov tipa N so večinski nosilci, luknje pa manjšinski nosilci.
Luknje polprevodnikov tipa P so večinski nosilci, elektroni pa manjšinski nosilci.
2. "PN spoj" in "učinek fotovoltaičnih voltov"
PN spoj je sestavljen iz N-dopiranega območja in P-tipa dopiranega območja v tesnem stiku. Na celotnem kosu silicijeve rezine se uporabljajo različni postopki dopiranja za oblikovanje polprevodnikov tipa N na eni strani in polprevodnikov tipa P na drugi strani. Območje blizu vmesnika obeh vrst polprevodnikov je PN spoj. Osnovna struktura sončne celice je planarni PN spoj z veliko površino.
Ko sončna svetloba zadene PN spoj, PN spoj absorbira svetlobno energijo za vzbujanje elektronov in lukenj, pri čemer se ustvari napetost v PN spoju, imenovana "učinek fotonapetostnih voltov" ali preprosto "fotovoltaični učinek".
