Les cellules solaires conçues pour convertir la lumière du soleil à l'électricité sont appelées cellules photovoltaïques. Ils captent les photons --- minuscules «particules» de la lumière --- et utiliser l'énergie de la lumière du soleil pour déplacer les électrons à travers un circuit. La clé est qu'ils sont «conçus». Chaque cellule photovoltaïque accepte juste une partie de la lumière solaire incidente. La partie qu'ils acceptent est une fonction des matériaux dont ils sont faits et la façon dont ces matériaux sont mis ensemble.
Le processus photovoltaïque
Les cellules photovoltaïques sont construits à partir de semi-conducteurs, la même classe de matériaux utilisés pour fabriquer des puces informatiques. Les semi-conducteurs sont constitués de couches de silicium cristallin ou d'un autre matériau en vrac. Les cristaux ont normalement tous leurs électrons "attachés" coincé près de leurs atomes d'origine dans un état de faible énergie appelée la «bande de valence." Lorsqu'un électron absorbe l'énergie d'un photon, il se heurté à une plus haute énergie "de la bande de conduction» où il peut être recueilli pour fournir de l'énergie électrique.
absorbée Lumière
Pour un photon d'être absorbé, il doit avoir au moins suffisamment d'énergie pour pousser un électron de valence à la bande de conduction. Cette différence d'énergie est appelée "bandgap", et il est fonction de la matière en vrac du cristal et les détails de fabrication. L'absorption la plus efficace lorsque vient le photon a un peu plus que l'énergie de bande interdite --- photons d'énergie inférieure à celle ne sont pas absorbés du tout, et que leur énergie est supérieure à la largeur de bande interdite leur absorption diminue. L'énergie est juste une autre façon de mesurer la longueur d'onde, de sorte que le bandgap détermine quel type de lumière a besoin de cellules solaires.
Du silicium (Si)
Le silicium cristallin a une largeur de bande interdite d'environ 1 électron-volt (eV), ce qui correspond à une longueur d'onde limite supérieure d'environ 1 μ ou 1 millionième d'un mètre, une longueur d'onde d'un rayonnement infrarouge invisible (lumière visible est comprise entre 0,4 à 0,7 μ) . La sensibilité --- une mesure de la façon dont la cellule solaire convertit la lumière en électricité --- descend de son pic à 1 μ à disparaître complètement d'environ 0,4 μ. Ainsi, une cellule solaire de silicium peut utiliser des longueurs d'onde du proche infrarouge à 1μ vers le bas à la lumière bleue 0.4μ-longueur d'onde.
Cadmium Telluride (CdTe)
Les cristaux sont fabriqués à partir de blocs de construction identiques, assemblés dans un motif répétitif. Dans les semi-conducteurs de silicium, les blocs de construction sont des atomes individuels, mais dans une autre classe de semi-conducteur les éléments constitutifs sont composés d'une paire d'atomes. Tel est le cas avec le tellurure de cadmium, où un atome de cadmium et un atome de tellure forment le bloc de construction. cellules solaires CdTe sont beaucoup plus minces et plus légers que les cellules traditionnelles Si, et leur efficacité est comparable. La bande interdite CdTe est d'environ 1,5 eV, ce qui correspond à une limite de longueur d'onde d'environ 0,8 μ. CdTe sensibilité coupe à environ 0,4 μ.
Cuivre Indium Gallium Sélénium (CIGS)
Comme on pouvait s'y attendre à partir du nom, de la structure cristalline de CIGS est plus complexe que Si ou CdTe. cellules solaires CIGS sont composés d'une combinaison de cuivre-indium-séléniure (CIS) et de cuivre-gallium-séléniure. Bien que la structure cristalline est plus complexe, le procédé de fabrication peut être potentiellement peu coûteux et la largeur de bande interdite et d'autres propriétés peut être réglé pour fournir une conversion d'énergie très efficace. Une cellule CIGS "typique" fonctionnera de 0,9 à 0,4 μ, mais différents fabricants régler la sensibilité pour couvrir les différentes longueurs d'onde.
Cellules multijonctions
les cellules multi-jonctions ont un semi-conducteur intégré sur un autre semi-conducteur, peut-être construit sur l'autre. Haute énergie, la lumière de courte longueur d'onde est absorbée fortement par le cristal haut; énergie plus faible, la lumière de longue longueur d'onde absorbée par l'autre; puis des longueurs d'onde encore plus longues de la couche sous-jacente. De nombreux matériaux différents peuvent être utilisés, mais une combinaison commune met en phosphure d'indium et de gallium sur arséniure d'indium et de gallium sur le dessus du germanium. Le point de ces structures complexes et coûteuses tout est de maximiser la sensibilité sur une large gamme, de sorte que ces cellules peuvent accepter la lumière d'environ 1,8 μ à 0,4 μ.