Fotovotaik nedir?

Yukarıdaki diyagram, güneş pili olarak da adlandırılan temel bir fotovoltaik hücrenin çalışmasını göstermektedir. Güneş pilleri, mikroelektronik endüstrisinde kullanılan silikon gibi aynı türden yarı iletken malzemelerden yapılır. Güneş pilleri için, ince bir yarı iletken levha, bir tarafı pozitif, diğer tarafı negatif olan bir elektrik alanı oluşturmak üzere özel olarak işlenir. Işık enerjisi güneş hücresine çarptığında, yarı iletken malzemedeki atomlardan elektronlar kopar. Elektrik iletkenleri pozitif ve negatif taraflara bağlanarak bir elektrik devresi oluşturursa, elektronlar bir elektrik akımı, yani elektrik şeklinde yakalanabilir. Bu elektrik daha sonra ışık veya alet gibi bir yüke güç sağlamak için kullanılabilir.

Birbirine elektriksel olarak bağlı ve bir destek yapısına veya çerçeveye monte edilmiş bir dizi güneş piline fotovoltaik modül denir. Modüller, ortak bir 12 voltluk sistem gibi belirli bir voltajda elektrik sağlamak için tasarlanmıştır. Üretilen akım doğrudan modüle ne kadar ışık düştüğüne bağlıdır.

Günümüzün en yaygın PV cihazları, bir PV hücresi gibi bir yarı iletken içinde bir elektrik alanı oluşturmak için tek bir bağlantı veya arayüz kullanır. Tek bağlantılı bir PV hücresinde, yalnızca enerjisi hücre malzemesinin bant aralığına eşit veya daha büyük olan fotonlar bir elektrik devresi için bir elektronu serbest bırakabilir. Başka bir deyişle, tek bağlantılı hücrelerin fotovoltaik tepkisi, güneş spektrumunun enerjisi soğurucu malzemenin bant aralığının üzerinde olan kısmı ile sınırlıdır ve daha düşük enerjili fotonlar kullanılmaz.

Bu sınırlamayı aşmanın bir yolu, bir voltaj oluşturmak için birden fazla bant aralığına ve birden fazla bağlantıya sahip iki (veya daha fazla) farklı hücre kullanmaktır. Bunlara "çok bağlantılı" hücreler ("kademeli" veya "tandem" hücreler de denir) denir. Çok bağlantılı cihazlar, ışığın enerji spektrumunun daha fazlasını elektriğe dönüştürebildikleri için daha yüksek bir toplam dönüştürme verimliliği elde edebilirler.

Aşağıda gösterildiği gibi, çok bağlantılı bir cihaz, azalan bant aralığı (Örn.) sırasına göre bireysel tek bağlantılı hücrelerin bir yığınıdır. Üst hücre, yüksek enerjili fotonları yakalar ve kalan fotonları alt bant aralığına sahip hücreler tarafından emilmek üzere geçirir.