Puolijohteiset aurinkosähköenergian muuntimet (valokennot)
Valokennot ovat elektronisia laitteita, jotka on suunniteltu muuttamaan fotonien energia sähkövirran energiaksi.
Historiallisesti keksittiin moderni valokennon ensimmäinen prototyyppi Aleksanteri G. Stoletov 1800-luvun lopulla. Hän luo laitteen, joka toimii ulkoisen valosähköisen efektin periaatteella. Ensimmäinen kokeellinen asennus koostui kahdesta rinnakkaisesta litteästä metallilevystä, joista toinen oli tehty verkosta valon läpipäästämiseksi ja toinen kiinteä.
Levyihin syötettiin vakiojännite, jota voitiin säätää välillä 0 - 250 volttia. Jännitelähteen positiivinen napa oli kytketty verkkoelektrodiin ja negatiivinen napa kiinteään aineeseen. Järjestelmään sisältyi myös herkkä galvanometri.
Kun kiinteä levy valaistu valokaaren valolla, galvanometrin neula taipunut, mikä osoittaa, että piirissä syntyy tasavirtaa huolimatta siitä, että levyjen välissä on ilmaa.Kokeessa tiedemies havaitsi, että "valovirran" suuruus riippuu sekä käytetystä jännitteestä että valon voimakkuudesta.
Asennuksen vaikeuttamiseksi Stoletov sijoittaa elektrodit sylinterin sisään, josta ilma poistetaan, ja ultraviolettivaloa syötetään herkälle elektrodille kvartsiikkunan kautta. Se oli siis auki valokuvatehoste.
Nykyään tämän vaikutuksen perusteella se toimii aurinkosähkömuuntimet… Ne reagoivat elementin pinnalle putoavaan sähkömagneettiseen säteilyyn ja muuttavat sen lähtöjännitteeksi. Esimerkki tällaisesta muuntimesta on aurinkokenno… Samaa periaatetta käyttävät valoherkät anturit.
Tyypillinen valokenno koostuu kerroksesta korkearesistanssista valoherkkää materiaalia, joka on kerrostettu kahden johtavan elektrodin välissä. Sitä käytetään yleisesti aurinkokennojen aurinkosähkömateriaalina puolijohde, joka täysin valaistuna pystyy antamaan ulostulossa 0,5 volttia.
Tällaiset elementit ovat tehokkaimpia tuotetun energian kannalta, koska ne mahdollistavat fotonienergian suoran yksivaiheisen siirron — sähkövirrassa... Normaaliolosuhteissa tällaisten elementtien tehokkuus on 28 %.
Tässä syntyy voimakas valosähköinen vaikutus työmateriaalin puolijohderakenteen epähomogeenisuuden vuoksi.Tämä epähomogeenisuus saadaan joko seostamalla käytetty puolijohdemateriaali erilaisilla epäpuhtauksilla, jolloin syntyy pn-liitos, tai yhdistämällä puolijohteita, joilla on erikokoinen rako (energiat, joissa elektronit jättävät atomeistaan) - jolloin saadaan heteroliitos tai valitsemalla tällainen kemikaali puolijohteen koostumus, jonka sisällä näkyy bandgap-gradientti - asteittainen rakorakenne. Tämän seurauksena tietyn elementin tehokkuus riippuu tietyn puolijohderakenteen sisällä saaduista epähomogeenisuusominaisuuksista sekä valonjohtavuudesta.
Aurinkokennon häviöiden vähentämiseksi niiden valmistuksessa käytetään useita säännöksiä. Ensinnäkin käytetään puolijohteita, joiden bandgap on optimaalinen juuri auringonvalolle, esimerkiksi piin ja galliumarsenidin yhdisteitä, toiseksi rakenteen ominaisuuksia parannetaan optimaalisella dopingilla. Etusija annetaan heterogeenisille ja porrastetuille rakenteille. Valitaan kerroksen optimaalinen paksuus, p-n-liitoksen syvyys ja kontaktiverkon parhaat parametrit.
Luodaan myös kaskadielementtejä, joissa toimii useita puolijohteita eri taajuuskaistoilla niin, että yhden kaskadin läpi kulkemisen jälkeen valo pääsee seuraavaan jne. Ajatus auringon spektrin hajottamisesta näyttää lupaavalta, niin että jokainen sen alueet muunnetaan valokennon erillisestä osasta.
Nykyään markkinoilla on kolme päätyyppiä aurinkokennoja: yksikiteinen pii, monikiteinen pii ja ohutkalvo.Ohutkalvoja pidetään lupaavimpana, koska ne ovat herkkiä jopa hajavalolle, voidaan sijoittaa kaareville pinnoille, eivät ole yhtä hauraita kuin pii ja ovat tehokkaita korkeissakin käyttölämpötiloissa.
Katso myös: Aurinkokennojen ja moduulien tehokkuus