Dans une cellule solaire, l'énergie des photons à partir de certaines longueurs d'onde est convertie en courant électrique. Le soleil et les ampoules à incandescence de lumière émettent de la lumière aux longueurs d'onde nécessaires d'une cellule solaire. Par conséquent, vous pouvez utiliser des ampoules à incandescence pour créer un courant dans une cellule solaire et charger ainsi une batterie solaire. Mise sous tension d'une batterie solaire avec une ampoule à incandescence, cependant, est très inefficace.
L'effet photovoltaïque
Les cellules solaires fonctionnent sur la base des propriétés des matériaux semi-conducteurs. Silicium et d'autres matériaux semi-conducteurs ont des liaisons atomiques très stable, sans électrons libres. Les ingénieurs rendent ces composés impurs en les dopant avec des quantités connues d'autres éléments. Ces impuretés créent des régions de matériau avec des électrons supplémentaires, appelés matériau de type n et des régions avec des trous d'électrons, appelés matériau de type p. Lorsque ces deux matériaux sont mis ensemble, une région limite appelée une forme de jonction pn. La jonction pn garde des porteurs de charge de se déplacer à travers à l'autre matériau. Quand une quantité suffisante de source d'alimentation externe est appliquée à la jonction, cependant, le semi-conducteur commence à conduire l'électricité. Dans une cellule solaire, les photons de la lumière excitent les particules dans la jonction pn, permettant à un courant de circuler à travers la cellule.
Wavelength et de l'énergie
Pas toute la lumière a la même quantité d'énergie. L'énergie des photons est mesurée en électron-volt ou eV, ce qui est la quantité d'énergie qui a un électron se déplaçant dans un champ électrique d'un volt. Pour générer un courant dans une cellule solaire à base de silicium, un photon doit avoir au moins 1,12 eV d'énergie. Cette énergie va exciter un électron dans l'atome de silicium, ce qui crée d'autres porteurs de charge dans le semiconducteur. Photons d'un état d'énergie supérieure à 1,12 eV vont exciter les électrons, mais le reste de l'énergie va chauffer la cellule solaire. De même, les photons avec moins de 1,12 eV d'énergie ne fera que chauffer la cellule. La longueur d'onde de la lumière qui a l'énergie idéale est dans le spectre infrarouge. longueurs d'onde plus longues de la lumière ne disposent pas suffisamment d'énergie pour exciter les électrons de silicium.
Lampes à incandescence Vs. Lumière du soleil
Les deux ampoules à incandescence et la lumière du soleil émettent des photons avec une énergie suffisante pour créer un courant dans une cellule solaire. La température à la fois du soleil et des ampoules à incandescence est directement liée à sa puissance émise à différentes longueurs d'onde. Le soleil, à près de 6.000 kelvins (environ 10.340 degrés Fahrenheit), émet plus de sa puissance dans le spectre de la lumière visible. La lumière moyenne atteignant l'atmosphère de la Terre du soleil a une puissance d'environ 1360 watts par mètre carré. En revanche, la plupart des lampes à incandescence émettent de la lumière de l'ordre de 40 à 100 watts. Les filaments d'ampoules à incandescence rayonnent autour de 3.000 kelvins (environ 4.940 degrés Fahrenheit) et émettent également la majeure partie de leur puissance dans le spectre de la lumière visible. La différence de puissance signifie qu'il ya moins de photons émis par une ampoule à incandescence que sont disponibles dans la lumière du soleil.
Inconvénients à l'aide de lumière incandescente
En plus des différences de pouvoir drastiques entre la lumière du soleil et de la lumière incandescente, les lampes à incandescence consomment également le pouvoir d'utiliser. À moins que l'ampoule est déjà utilisé pour autre chose - éclairage de la pièce, par exemple - charger une batterie solaire, il serait très inefficace. Si vous deviez utiliser une ampoule à incandescence pour alimenter la même cellule solaire dont elle tire la puissance, le circuit serait finalement perdre le pouvoir dont il a besoin pour fonctionner.