Солнечные батареи красуются на крышах и придорожных знаках и помогают обеспечивать питание космических кораблей. Но как работают солнечные панели?
Проще говоря, солнечная панель работает, позволяя фотонам или частицам света выбивать электроны из атомов, генерируя поток электричества, согласно Университету Миннесоты в Дулуте. Солнечные панели на самом деле состоят из множества более мелких блоков, называемых фотогальваническими элементами — это означает, что они преобразуют солнечный свет в электричество. Множество ячеек, соединённых вместе, составляют солнечную панель.
Каждый фотоэлемент представляет собой бутерброд, состоящий из двух пластин полупроводникового материала. Фотоэлектрические элементы обычно изготавливаются из кремния — того же материала, который используется в микроэлектронике.
Для работы фотогальваническим элементам необходимо создать электрическое поле. Подобно магнитному полю, которое возникает из-за противоположных полюсов, электрическое поле возникает, когда противоположные заряды разделены. Чтобы получить это поле, производители «припаивают» кремний другими материалами, придавая каждому кусочку «бутерброда» положительный или отрицательный электрический заряд.
В частности, по данным Американского химического общества, они вносят фосфор в верхний слой кремния, что добавляет к этому слою дополнительные электроны с отрицательным зарядом. Между тем, нижний слой получает дозу бора, что приводит к меньшему количеству электронов или положительному заряду. Всё это создаёт электрическое поле на стыке кремниевых слоёв. Затем, когда фотон солнечного света выбивает электрон, электрическое поле выталкивает этот электрон из кремниевого соединения.
Что проводит эту энергию?
Несколько других компонентов ячейки превращают эти электроны в полезную энергию. По данным Управления по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии (EERE), металлические проводящие пластины по бокам ячейки собирают электроны и передают их по проводам. В этот момент электроны могут течь, как любой другой источник электричества.
Исследователи создали ультратонкие гибкие солнечные элементы толщиной всего 1,3 микрона — примерно 1/100 ширины человеческого волоса — и в 20 раз легче листа офисной бумаги. На самом деле, эти элементы настолько лёгкие, что могут усидеть на мыльном пузыре, и при этом они производят энергию примерно с такой же эффективностью, как и солнечные элементы на основе стекла, сообщили учёные в исследовании, опубликованном в 2016 году в журнале Organic Electronics. Более лёгкие и гибкие солнечные элементы, такие как эти, могут быть интегрированы в архитектуру, аэрокосмическую технику или даже в носимую электронику.
Существуют и другие типы технологий солнечной энергетики, в том числе солнечная тепловая и концентрированная солнечная энергия, которые работают иначе, чем фотоэлектрические солнечные панели, но все они используют энергию солнечного света либо для выработки электричества, либо для нагрева воды или воздуха.
