Фотоволтаичен ефект

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към навигацията Направо към търсенето

Фотоволтаичен ефект се нарича създаването на потенциална разлика или протичането на електрически ток в материалите под въздействието на светлина. Природата на това явление е физикохимическа[1].

Фотоволтаичният ефект е пряко свързан с фотоелектричния ефект, макар че двата процеса се различават по големината на енергията на облъчващите фотони. При фотоволтаичния ефект облъчването със светлина емитира електрони от повърхността, които преминават от един материал в друг и се генерира електрически ток, докато прагът за настъпване на фотоелектричния ефект е много по-висок (изисква се голяма енергия на фотоните) и той най-лесно се наблюдава във вакуум.

Етимология
Думата произлиза от гръцките „φῶς“ – фотос („светлина“) и волт, единицата за електродвижеща сила, която на свой ред е наречена на Алесандро Волта, изобретател на батерията. В употреба в английския език от 1849 г.[2]

История[редактиране | редактиране на кода]

За първи път фотоволтаичният ефект е наблюдаван от френския учен Александър Бекерел през 1839 г. Той съобщава за откритието си в списанието на Френската академия на науките Comptes rendus de l'Académie des sciences като „протичане на електрически ток при потопяване на две плочи от платина и злато в киселинен, неутрален или основен разтвор и излагането им на неравномерна слънчева светлина.“[3] Неговото откритие поставя началото на изучаването на влиянието на светлината върху електронните свойства на веществата, продължило по-късно с откриването на явлението фотопроводимост и с изследванията на катодните лъчи (всъщност потоци електрони), чиято кулминация е откриването на фотоелектричния ефект от Хайнрих Херц и обяснението му през 1905 г. от Айнщайн, поставило начало на модерната физика.

Същност[редактиране | редактиране на кода]

При попадане на слънчева или друга светлина върху повърхността на подходящ материал електроните от валентната зона поглъщат енергия, извършват преход към зоната на проводимост и ставата свободни електрони. Тези възбудени не-термични електрони дифундират и някои от тях преминават през потенциалната бариера на границата с друг материал (потенциал на Галвани). Генерира се електродвижеща сила и по този начин част от светлината се трансформира в електрически ток.

За осъществяване на процеса от съществено значение са химическите връзки на поглъщащия светлината материал, тъй като е необходимо атомите да позволяват откъсване на електрони и създаването на химико-електрическо неравновесие. Затова често се използва силиций, легиран с бор или фосфор. Това се обяснява с полупроводниковите свойства на този металоид, както и с факта, че има има подобна електронна конфигурация с въглерода[1]

Освен чрез директно възбуждане на електроните, фотоволтаичният ефект може да протече и просто поради нагряването при поглъщането на светлина. Нагряването повишава температурата и появата на температурен градиент. Той на свой ред може да доведе до настъпване на условия за протичане на термоелектрическия ефект на Зеебек. Конкретният механизъм зависи от свойствата на материалите.

Приложение[редактиране | редактиране на кода]

Ефектът намира приложение във фотоволтаични системи, при които източникът на светлина е Слънцето, а самите устройства се наричат слънчеви клетки. В случая на слънчева клетка с p-n преход облъчването на клетката със светлина води до поява на електрически ток, тъй като възбудените електрони и дупки се устремяват в различни посоки от приложеното напрежение.[4]

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  1. а б www.chemistryexplained.com
  2. Smee, Alfred. Elements of electro-biology,: or the voltaic mechanism of man; of electro-pathology, especially of the nervous system; and of electro-therapeutics. London: Longman, Brown, Green, and Longmans, 1849. с. 15.
  3. Palz, Wolfgang. Power for the World – The Emergence of Electricity from the Sun. Belgium, Pan Stanford Publishing, 2010. с. 6.
  4. The photovoltaic effect. Scienzagiovane.unibo.it (2006-12-01). Посетен на 12 декември 2010.
Криейтив Комънс - Признание - Споделяне на споделеното Лиценз за свободна документация на ГНУ Тази страница частично или изцяло представлява превод на страницата „Photovoltaic effect“ в Уикипедия на английски. Оригиналният текст, както и този превод, са защитени от Лиценза „Криейтив Комънс - Признание - Споделяне на споделеното“, а за съдържание, създадено преди юни 2009 година — от Лиценза за свободна документация на ГНУ. Прегледайте историята на редакциите на оригиналната страница, както и на преводната страница. Вижте източниците на оригиналната статия, състоянието ѝ при превода, и списъка на съавторите.