Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Energi

Effekten af ​​bølgelængde på fotovoltaiske celler

Lys består af partikler af energi kaldet fotoner. En fotons energi måles i elektronvolt eller eV. En eV svarer til den energi, der opnås af en elektron, når den accelererer gennem en potentialeforskel på 1 volt. Elektronerne i atomer af en solcelle har brug for en bestemt mængde energi fra fotoner for at blive drevet ind i kredsløbet af et solenergi system.

Forholdet mellem energi og bølgelængde

Forholdet mellem en fotons energi og lysets bølgelængde er omvendt; Når lysets bølgelængde stiger, falder energien. I det synlige lysspektrum ligger fotons energi fra ca. 1,65 eV til 3,1 eV. De tilsvarende bølgelængder af disse energier er henholdsvis 750 og 400 nanometer. Disse bølgelængder svarer til de røde og violette ender af spektret af synligt lys.

Energi påkrævet til solceller

En typisk silicium solcelle kræver 1,1 eV for at elektronerne skal strømme ud af celle og gennem kredsløbene i solpanel systemet. Denne 1,1 eV af energi svarer til fotoner i det infrarøde område af spektret med en bølgelængde på ca. 1.127 nanometer. Ved energier lavere end 1,1 eV har fotoner ikke nok energi til at løsrive elektroner. Ved kortere bølgelængder og højere energier vil siliciumelektroner blive aktiveret og strøm vil strømme. Kortere bølgelængder og højere fotonergier svarer dog ikke til en stigning i elektrisk strøm. Når en foton med højere energi påvirker en solcelle, bliver energi over 1,1 eV givet som varme.

Panel Effektivitet

En masse energi fra solen er ikke vant til at skabe elektricitet i solenergi paneler. Faktisk vil et typisk silicium solpanel kun konvertere omkring 15 til 18 procent af den indgående solenergi til elektricitet. Dette skyldes delvis den meget specifikke energi, der kræves for at fjerne elektronerne i siliciumatomer i cellen. Enhver energi over eller under denne 1.1 eV foton energi er ikke omdannet til elektricitet af solpaneler.

Forskellige solcellematerialer

Mens mange solceller af forbruger-grade er fremstillet af silicium, kan celler også lavet af forskellige halvledermaterialer. Disse materialer har forskellige atomegenskaber, som svarer til forskellige energibehov fra fotoner. For eksempel kræver en galliumarsenid solcelle ca. 1,4 eV energi fra en foton. Dette svarer til en bølgelængde på ca. 886 nanometer. Silicon er stadig det mest anvendte materiale på grund af både produktionsomkostningerne og det faktum, at selv en 15 procent effektivitet er tilstrækkelig til de fleste daglige solkraftapplikationer.

Klik for at udvide hele teksten