Фотоволтаичен ефект

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.

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.

История

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.“ 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

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

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

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.

Източници

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, за да видите списъка на съавторите. ​ ВАЖНО: Този шаблон се отнася единствено до авторските права върху съдържанието на статията. Добавянето му не отменя изискването да се посочват конкретни източници на твърденията, които да бъдат благонадеждни.​