Чтобы превратить энергию солнца в электрическую, используются фотоэлементы. Раньше они служили исключительно космическим технологиям, например, снабжали энергией спутники. Сейчас панели, состоящие из фотоэлементов, стали частью нашей повседневной жизни. Как же происходит процесс превращения энергии солнечных лучей в электричество?

Солнечные панели состоят из ячеек меньшего размера. Это и есть фотоэлементы. Чаще всего их изготавливают из кремния – полупроводника, который находится на втором месте по распространенности на нашей планете. У его атома в трех оболочках содержится 14 электронов. Первые две заполнены, а третья пуста на 50%. Большинство частиц надежно закреплены в кристаллической решетке, поэтому чистый кремний без примесей – недостаточно хороший проводник. Чтобы получить движение электронов, а значит, электрический ток, для солнечных панелей используется кремний с долей примесей.

Если такая примесь – фосфор, то четыре из его пяти электронов связаны с атомами кремния, а пятый остается свободным. Когда на поверхность полупроводника попадают фотоны, электроны отрываются, оставляя на своем месте «дырки».
Кремний с добавлением атомов фосфора из-за множества отрицательно заряженных электронов получил название полупроводника n-типа («negative»).

Легированный бором кремний – это полупроводник p-типа («positive»), поскольку в нем появляются «дырки», заряженные положительно. Это обусловлено тем, что у бора в оболочке три электрона.

Устройство солнечной панели

В фотоэлементах соединяют полупроводники p-типа и n-типа. Высвободившиеся при попадании фотонов на элемент электроны перемещаются, чтобы заполнить свободные места, и стык двух типов полупроводников заряжается. Появляется поле на границе p-n перехода.

Обычно энергии одного фотона хватает для выхода одного электрона, образуется одна «дырка». Частицы могут свободно перемещаться, но из-за электрического поля около p-n перехода они могут двигаться только в одном направлении. Если применить внешнее поле, свободные электроны перейдут на p-сторону и появится ток.

Сверху и снизу фотоэлемента размещают металлические контакты, полученное электричество направляется по проводам и используется для работы техники. Например, 12 фотоэлементов достаточно для подзарядки смартфона. Чтобы обеспечить все бытовые приборы электричеством, понадобится целая домашняя электростанция.