الألواح الشمسية ، والمعروفة أيضا باسم "الرقائق الشمسية" أو "الخلايا الضوئية" و "الخلايا الشمسية" ، هي صفائح أشباه الموصلات الكهروضوئية التي تستخدم الضوء الشمسي لتوليد الكهرباء مباشرة. جهاز يحول طاقة الضوء الشمسي مباشرة إلى طاقة كهربائية من خلال التأثير الكهروضوئي أو التأثير الكيميائي الضوئي. في الفيزياء ، يطلق عليه الضوئية (الكهروضوئية ، مختصرة باسم PV) ، أو الخلايا الكهروضوئية باختصار. لا يمكن استخدام الخلايا الشمسية المفردة مباشرة كمصادر للطاقة. لاستخدامها كمصدر للطاقة ، يجب توصيل العديد من الخلايا الشمسية المفردة في سلسلة ومتوازية ومغلقة بإحكام في مكونات. مبدأ عملها هو ببساطة أن الألواح الشمسية تمتص الطاقة الشمسية الضوئية خلال النهار وتحولها إلى طاقة كهربائية وتخزنها في البطارية ، والبطارية تشغل الطاقة الشمسية ضوء الشارع في الليل. فلماذا تنتج الألواح الشمسية الكهرباء في ظروف مشمسة؟
تستخدم الألواح الشمسية عموما أجهزة تستجيب للضوء ويمكنها تحويل الطاقة الشمسية الضوئية إلى كهرباء. المادة الأكثر شيوعا هي السيليكون ، وهو واحد من أكثر المواد وفرة على وجه الأرض. لديها خصائص أشباه الموصلات ، والتي تضع الأساس لعملية التحويل الكهروضوئية للألواح الشمسية.
لكن أول شيء يجب فهمه هو أن الموصلية للسيليكون النقي سيئة للغاية ، ولا توجد إلكترونات يمكنها التحرك بحرية في البنية البلورية. لتعزيز الموصلية ، عادة ما يتم تخدير السيليكون النقي بشوائب التتبع لتعزيز الموصلية. وفقا لهذه الخاصية ، يمكن صنع أجهزة موصلة مختلفة.
بالنسبة للسيليكون المستخدم في صنع الألواح الشمسية من ضوء الشارع للطاقة الشمسية ، عادة ما يضاف الفوسفور أو البورون. عند إضافة البورون ، ستشكل بلورة السيليكون ثقبا. نظرا لأن ذرة السيليكون الأصلية محاطة ب 4 إلكترونات ، وذرة البورون محاطة ب 3 إلكترونات فقط ، أيضا توليد ثقوب عندما يتم تخديرها في البنية البلورية الأصلية. بدون إلكترونات ، يكون هذا الثقب غير مستقر للغاية ويمتص بسهولة الإلكترونات الأخرى لتشكيل أشباه موصلات من النوع P.
عندما يتم تخدير شوائب الفوسفور في بلورات السيليكون ، نظرا لوجود 5 إلكترونات حول ذرات الفوسفور ، سيكون الإلكترون الإضافي نشطا للغاية ، مكونا أشباه موصلات من النوع N. هناك العديد من الثقوب في أشباه الموصلات من النوع P ، وهناك العديد من الإلكترونات الحرة النشطة في أشباه الموصلات من النوع N. عندما يتصل الاثنان ، سيجد هذان الإلكترونان الحران ثقوبا ويملآنها. سيشكل سطح التلامس بين الاثنين فرقا محتملا ، أي تقاطع PN. الجانب من النوع P مشحون إيجابيا وسالبا ، والجانب من النوع N مشحون إيجابيا.
عند تلقي الضوء ، سيتم نقل الطاقة الموجودة في الضوء إلى أشباه الموصلات. هذه الطاقة سوف تخفف بنية الإلكترونات وتتحرك بحرية. وذلك لأن الطاقة الضوئية الشمسية سوف تفكك الإلكترونات والثقوب. في ظل الظروف العادية ، سيطلق فوتون ذو طاقة معينة إلكترونا ، والذي يحدث فقط لتشكيل ثقب حر. إذا حدث هذا بالقرب من سطح التلامس مباشرة ، وعندما ينجذب المجال الكهربائي المدمج ، فسوف تتدفق الإلكترونات إلى المنطقة n ، وستتدفق الثقوب إلى المنطقة P ، مما يشكل تيارا من منطقة النوع N إلى منطقة النوع P. يتم تشكيل محطة توليد الطاقة من البطارية. تتكون الكهرباء من الجهد ، والذي يستخدم للشحن.
ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن أشباه الموصلات ليست موصلات جيدة للكهرباء ، وتتدفق الإلكترونات عبر تقاطع P-N ثم تتدفق في أشباه الموصلات ، مما سيؤدي إلى الكثير من الخسارة. لذلك ، عادة ما تكون الطبقة العليا مغلفة بالمعدن. ومع ذلك ، إذا تم طلاؤه بالكامل ، فسوف يتسبب في فشل ضوء الشمس في المرور. في ظل الظروف العادية ، يتم استخدام شبكة معدنية لتغطية تقاطع P-N. شيء آخر يجب ملاحظته هو أن سطح السيليكون عاكس للغاية. إذا لم يتم علاجه ، فسوف تنعكس كمية كبيرة من أشعة الشمس. لحل هذه المشكلة ، عادة ما تضيف الشركة المصنعة لضوء الشوارع بالطاقة الشمسية طبقة من الفيلم الواقي لمعامل انعكاس منخفض على الألواح الشمسية. سيتم التحكم في الخسارة الناجمة عن الانعكاس في حدود 5٪.
