ממירי אנרגיה פוטו-וולטאיים מוליכים למחצה (פוטו-תאים)

תאי פוטו הם מכשירים אלקטרוניים שנועדו להמיר את האנרגיה של פוטונים לאנרגיה של זרם חשמלי.

מבחינה היסטורית, אב הטיפוס הראשון של תא הפוטו המודרני הומצא אלכסנדר ג' סטולטוב בסוף המאה ה-19. הוא יוצר מכשיר שעובד על העיקרון של אפקט פוטו-אלקטרי חיצוני. המיצב הניסיוני הראשון כלל זוג יריעות מתכת שטוחות מקבילות, שאחת מהן הייתה עשויה רשת כדי לאפשר לאור לעבור דרכה והשנייה הייתה מוצקה.

על היריעות הופעל מתח קבוע שניתן לכוונן בטווח של 0 עד 250 וולט. הקוטב החיובי של מקור המתח היה מחובר לאלקטרודת הרשת והקוטב השלילי למוצק. גלוונומטר רגיש נכלל גם בתוכנית.

כאשר סדין מוצק הואר באור מקשת חשמלית, מחט גלוונומטר מוטה, מה שמצביע על כך שנוצר זרם ישר במעגל למרות העובדה שיש אוויר בין הדיסקים.בניסוי מצא המדען שגודל ה"פוטו-זרם" תלוי הן במתח המופעל והן בעוצמת האור.

מסבך את ההתקנה, סטולטוב מניח את האלקטרודות בתוך צילינדר שממנו פונה אוויר, ואור אולטרה סגול מוזן אל האלקטרודה הרגישה דרך חלון קוורץ. אז זה היה פתוח אפקט תמונה.

היום, בהתבסס על האפקט הזה, זה עובד ממירים פוטו-וולטאיים... הם מגיבים לקרינה אלקטרומגנטית הנופלת על פני היסוד וממירים אותו למתח מוצא. דוגמה לממיר כזה היא תא סולרי... אותו עיקרון משמש על ידי חיישנים רגישים לאור.

תא פוטו טיפוסי מורכב משכבה של חומר רגיש לאור בעל התנגדות גבוהה, הממוקמת בין שתי אלקטרודות מוליכות. כחומר פוטו-וולטאי לתאים סולאריים, הוא נפוץ בשימוש מוֹלִיך לְמֶחֱצָה, שכאשר הוא מואר במלואו, מסוגל לתת 0.5 וולט במוצא.

אלמנטים כאלה הם היעילים ביותר מנקודת המבט של האנרגיה המופקת, מכיוון שהם מאפשרים העברה ישירה של אנרגיית פוטון בצעד אחד - בזרם חשמלי... בתנאים רגילים, יעילות של 28% היא הנורמה עבור אלמנטים כאלה.

כאן, אפקט פוטואלקטרי עז מתרחש עקב חוסר ההומוגניות של מבנה המוליכים למחצה של חומר העבודה.אי-הומוגניות זו מתקבלת על ידי סימום החומר המוליך למחצה המשמש עם זיהומים שונים, ובכך ליצור צומת pn, או על ידי חיבור מוליכים למחצה בגדלים שונים של פערים (אנרגיות שבהן האלקטרונים עוזבים את האטומים שלהם) - כך משיג הטרוצומת, או על ידי בחירה בכימיקל כזה. הרכב של המוליך למחצה שמופיע בתוכו שיפוע של פער פס - מבנה של פער מדורג. כתוצאה מכך, היעילות של אלמנט נתון תלויה במאפייני האי-הומוגניות המתקבלים בתוך מבנה מוליכים למחצה מסוים וכן בפוטומוליכות.

כדי להפחית הפסדים בתא סולארי, משתמשים במספר תקנות בייצורם. ראשית, משתמשים במוליכים למחצה שהרווח שלהם הוא אופטימלי רק לאור השמש, למשל תרכובות של סיליקון וגאליום ארסניד, שנית, תכונות המבנה משתפרות על ידי סימום אופטימלי. עדיפות למבנים הטרוגניים ומדורגים. נבחרים העובי האופטימלי של השכבה, עומק צומת p-n והפרמטרים הטובים ביותר של רשת המגע.

נוצרים גם אלמנטים של מפל, שבהם פועלים מספר מוליכים למחצה עם פסי תדרים שונים, כך שאחרי שהם עוברים דרך מפל אחד, האור נכנס לאחר וכו'. הרעיון של פירוק ספקטרום השמש נראה מבטיח, כך שכל אחד מהם אזורים עוברים טרנספורמציה מקטע נפרד של תא פוטו.

ישנם שלושה סוגים עיקריים של תאים פוטו-וולטאיים בשוק כיום: סיליקון חד גבישי, סיליקון רב גבישי וסרט דק.סרטים דקים נחשבים למבטיחים ביותר מכיוון שהם רגישים אפילו לאור תועה, ניתנים להצבה על משטחים מעוקלים, אינם שבירים כמו סיליקון ויעילים גם בטמפרטורות עבודה גבוהות.

ראה גם: יעילות של תאים ומודולים סולאריים