Wat is fotovota?

Het bovenstaande diagram illustreert de werking van een eenvoudige fotovoltaïsche cel, ook wel zonnecel genoemd. Zonnecellen zijn gemaakt van dezelfde soorten halfgeleidermaterialen, zoals silicium, die worden gebruikt in de micro-elektronica-industrie. Voor zonnecellen wordt een dunne halfgeleiderwafel speciaal behandeld om een ​​elektrisch veld te vormen, positief aan de ene kant en negatief aan de andere kant. Wanneer lichtenergie de zonnecel raakt, worden elektronen losgeslagen van de atomen in het halfgeleidermateriaal. Als elektrische geleiders aan de positieve en negatieve kanten zijn bevestigd, waardoor een elektrisch circuit wordt gevormd, kunnen de elektronen worden opgevangen in de vorm van een elektrische stroom, dat wil zeggen elektriciteit. Deze elektriciteit kan vervolgens worden gebruikt om een ​​belasting aan te drijven, zoals een lamp of gereedschap.

Een aantal zonnecellen die elektrisch met elkaar zijn verbonden en in een draagstructuur of frame zijn gemonteerd, wordt een fotovoltaïsche module genoemd. Modules zijn ontworpen om elektriciteit te leveren met een bepaalde spanning, zoals een gangbaar 12 volt systeem. De geproduceerde stroom is direct afhankelijk van hoeveel licht op de module valt.

De meest gangbare PV-apparaten van tegenwoordig gebruiken een enkel knooppunt, of interface, om een ​​elektrisch veld te creëren binnen een halfgeleider zoals een PV-cel. In een single-junction PV-cel kunnen alleen fotonen waarvan de energie gelijk is aan of groter is dan de bandafstand van het celmateriaal een elektron vrijmaken voor een elektrisch circuit. Met andere woorden, de fotovoltaïsche respons van single-junction cellen is beperkt tot het deel van het zonnespectrum waarvan de energie boven de bandafstand van het absorberende materiaal ligt, en fotonen met lagere energie worden niet gebruikt.

Een manier om deze beperking te omzeilen is door twee (of meer) verschillende cellen te gebruiken, met meer dan één bandafstand en meer dan één junctie, om een ​​spanning te genereren. Deze worden "multijunction"-cellen genoemd (ook wel "cascade"- of "tandem"-cellen genoemd). Multijunction-apparaten kunnen een hogere totale conversie-efficiëntie bereiken omdat ze meer van het energiespectrum van licht in elektriciteit kunnen omzetten.

Zoals hieronder getoond, is een multijunction-apparaat een stapel individuele single-junction-cellen in aflopende volgorde van bandgap (bijv.). De bovenste cel vangt de hoogenergetische fotonen op en geeft de rest van de fotonen door om te worden geabsorbeerd door cellen met een lagere bandafstand.