Co je fotovoltaický efekt?

Fotovoltaický efekt je proces, při kterém se elektrický proud ve formě napětí vytváří, když je elektromagnetické záření vystaveno určitému materiálu. Při použití solárních článků dochází k fotovoltaickému jevu, když dopadají velmi krátké vlnové délky slunečního světla na hmotu a elektrony se nadchnou. Elektromagnetické záření je emitováno ze solárního panelu a shromažďováno jiným materiálem. Toto vytlačení elektronů má za následek hromadění energie vytvářející napětí, která může být uložena v bateriovém článku pro pozdější použití. Ke sběru napětí se používají dvě elektrody, které lze přenést do elektrické sítě.

Různé typy elektromagnetického záření způsobují různé úrovně expozice v solárních článcích v důsledku frekvence. Viditelné světlo vytváří fotovoltaický efekt, když dopadá na alkalické kovy, ultrafialové světlo ho vytváří v jiných kovech, přičemž extrémní ultrafialové světlo se používá pro nekovy. Tento koncept byl poprvé pozorován v roce 1902 Philippem Eduardem Antonem von Lenardem, když zjistil, že různé barvy světla, také známé jako frekvence, emitují různé úrovně elektronů. Dříve vlna teorie světla od Jamese Clerk Maxwella uvedla, že intenzita záření by vytvořila proporcionální elektronovou energii. Tato nová teorie vysvětlila, že fotony byly zodpovědné za vytvoření elektronového vypuzování a fungovaly spíše jako jednotlivé částice než konstantní vlny.

Fyzik AE Becquerel uznal koncept fotovoltaického jevu slunečního světla v roce 1839, ale jeho chápání bylo omezené. V roce 1883 postavil Charles Fritts první solární článek pomocí seleniového polovodiče potaženého tenkou vrstvou zlata. Toto první použití solárního článku bylo účinné pouze jedno procento. Teprve v roce 1954 vyvinula společnost Bell Laboratories praktický způsob využití sluneční energie.

Způsob, jakým je fotovoltaický efekt využíván pomocí solárních článků, je velmi základní. V zásadě fotony ze slunečního světla dopadají na solární panel a jsou absorbovány materiálem. Záporně nabité elektrony v materiálu jsou odraženy od atomů, které pak produkují elektřinu. Tato situace je řízena umožněním elektronům pohybovat se v panelu pouze jedním směrem, což způsobuje opačný účinek, ve kterém kladně nabité částice proudí v opačném směru. Když dojde k oběma těmto činnostem, může být z elektromagnetické reakce využíván stejnosměrný proud elektřiny.

Fotovoltaický efekt je nezbytný pro řadu procesů v moderním životě. Kromě vytváření energie pro obecné účely jsou solární články nezbytné pro kosmickou loď používanou NASA a dalšími kosmickými agenturami. Principy této technologie se využívají také v digitálních fotoaparátech ve formě zařízení vázaných na náboj a také v elektroskopech, které identifikují statickou elektřinu.