NASA Science Mission Directorate

by Gil Knier

back to the [email protected] story “The Edge of Sunshine”

What is Photovoltaics?

Photovoltaics is the direct conversion of light into electricity at the atomic level., Sommige materialen stellen een eigenschap tentoon die bekend staat als het foto-elektrische effect dat ervoor zorgt dat ze fotonen van licht absorberen en elektronen vrijgeven. Wanneer deze vrije elektronen worden opgevangen, resulteert een elektrische stroom die kan worden gebruikt als elektriciteit.het foto-elektrisch effect werd voor het eerst opgemerkt door een Franse natuurkundige, Edmund Bequerel, in 1839, die ontdekte dat bepaalde materialen kleine hoeveelheden elektrische stroom zouden produceren bij blootstelling aan licht., In 1905 beschreef Albert Einstein de aard van licht en het foto-elektrisch effect waarop fotovoltaïsche technologie is gebaseerd, waarvoor hij later een Nobelprijs voor de natuurkunde won. De eerste fotovoltaïsche module werd gebouwd door Bell Laboratories in 1954. Het werd gefactureerd als een zonne-batterij en was meestal gewoon een curiositeit omdat het te duur was om wijdverbreid gebruik te krijgen. In de jaren 1960 begon de ruimtevaartindustrie voor het eerst serieus gebruik te maken van de technologie om stroom te leveren aan boord van ruimtevaartuigen. Door de ruimteprogramma ‘ s, de technologie geavanceerde, de betrouwbaarheid werd vastgesteld, en de kosten begonnen te dalen., Tijdens de energiecrisis in de jaren zeventig kreeg fotovoltaïsche technologie erkenning als energiebron voor niet-ruimtevaarttoepassingen.

het bovenstaande diagram illustreert de werking van een fotovoltaïsche basiscel, ook wel een zonnecel genoemd. Zonnecellen zijn gemaakt van dezelfde soorten halfgeleidermaterialen, zoals silicium, die worden gebruikt in de micro-elektronica-industrie. Voor zonnecellen wordt een dunne halfgeleiderwafer 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 losgestoten van de atomen in het halfgeleidermateriaal. Als elektrische geleiders zijn bevestigd aan de positieve en negatieve zijden, het vormen van een elektrisch circuit, kunnen de elektronen worden opgevangen in de vorm van een elektrische stroom-dat wil zeggen, elektriciteit. Deze elektriciteit kan dan worden gebruikt om een lading aan te drijven, zoals een licht of een gereedschap.

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

meerdere modules kunnen aan elkaar worden gekoppeld om een array te vormen. In het algemeen, hoe groter het oppervlak van een module of array, hoe meer elektriciteit zal worden geproduceerd. Fotovoltaïsche modules en arrays produceren gelijkstroom (dc) elektriciteit., Ze kunnen worden aangesloten in zowel serie als parallelle elektrische regelingen om elke vereiste spanning en stroom combinatie te produceren.

de meest voorkomende PV-apparaten van vandaag gebruiken een enkele aansluiting 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 bandspleet 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 spectrum van de zon waarvan de energie boven de bandspleet van het absorberende materiaal, en lagere-energie fotonen worden niet gebruikt.

een manier om deze beperking te omzeilen is door twee (of meer) verschillende cellen, met meer dan één bandspleet en meer dan één kruising, te gebruiken om een spanning te genereren. Deze worden aangeduid als” multijunctionele ” cellen (ook wel “cascade” of “tandem” cellen)., Multifunctionele apparaten kunnen een hogere totale omzettingsefficiëntie bereiken omdat ze meer van het energiespectrum van licht kunnen omzetten in elektriciteit.

zoals hieronder wordt getoond, is een multifunctioneel apparaat een stapel afzonderlijke cellen met één knooppunt in dalende volgorde van band gap (bijv.). De bovenste cel vangt de hoge-energie fotonen en geeft de rest van de fotonen door om door cellen van het lagere-band-gat worden geabsorbeerd.

veel van het huidige onderzoek in multijunctionele cellen richt zich op galliumarsenide als één (of alle) van de componentcellen., Dergelijke cellen hebben een rendement van ongeveer 35% bereikt onder geconcentreerd zonlicht. Andere materialen bestudeerd voor multi-functie apparaten zijn amorf silicium en Koper indium diselenide.

als voorbeeld gebruikt het multifunctionele apparaat hieronder een bovenste cel van gallium-indiumfosfide,” een tunnelverbinding”, om de stroom van elektronen tussen de cellen en een onderste cel van galliumarsenide te bevorderen.,

back to The [email protected] story “The Edge of Sunshine”
levering en u ontvangt een mailbericht elke keer dat we een nieuw verhaal plaatsen!!!
More

Headlines

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *