Wat is het fotovoltaïsche effect?
Het fotovoltaïsche effect is het proces waarbij elektrische stroom in de vorm van spanning wordt gecreëerd wanneer elektromagnetische straling wordt blootgesteld aan een bepaald materiaal. Met behulp van zonnecellen treedt het fotovoltaïsche effect op wanneer zeer korte golflengtes van zonlicht de materie beïnvloeden en elektronen worden opgewonden. De elektromagnetische straling wordt uitgezonden door het zonnepaneel en verzameld door een ander materiaal. Deze uitstoot van elektronen resulteert in de opbouw van spanningsopwekkende energie die kan worden opgeslagen in een batterijcel voor later gebruik. Twee elektroden worden gebruikt om de spanning te verzamelen, die kan worden overgebracht naar het stroomnet.
Verschillende soorten elektromagnetische straling veroorzaken verschillende blootstellingsniveaus in zonnecellen als gevolg van frequentie. Zichtbaar licht creëert het fotovoltaïsche effect wanneer het alkalimetalen beïnvloedt, ultraviolet licht creëert het in andere metalen, waarbij extreem ultraviolet licht wordt gebruikt voor niet-metalen. Dit concept werd voor het eerst waargenomen in 1902 door Philipp Eduard Anton von Lenard toen hij ontdekte dat verschillende kleuren licht, ook bekend als frequentie, verschillende niveaus van elektronen uitzenden. Eerder stelde de golftheorie van het licht van James Clerk Maxwell dat stralingsintensiteit evenredige elektronenergie zou creëren. Deze nieuwe theorie verklaarde dat fotonen verantwoordelijk waren voor het creëren van elektronenuitwerping en als individuele deeltjes werkten in plaats van als constante golven.
Natuurkundige AE Becquerel herkende het concept van het fotovoltaïsche zonlichteffect in 1839, maar zijn begrip was beperkt. In 1883 bouwde Charles Fritts de eerste zonnecel, met behulp van een selenium halfgeleider gecoat in een dunne laag goud. Dit eerste gebruik van een zonnecel was slechts één procent efficiënt. Pas in 1954 ontwikkelde Bell Laboratories een praktische manier om zonne-energie te benutten.
De manier waarop het fotovoltaïsche effect wordt aangepakt met behulp van zonnecellen, is heel eenvoudig. In essentie beïnvloeden fotonen uit het zonlicht het zonnepaneel en worden ze door het materiaal geabsorbeerd. De negatief geladen elektronen in het materiaal worden weggeslagen van de atomen, die vervolgens elektriciteit produceren. Deze situatie wordt geregeld door de elektronen in slechts één richting in het paneel te laten bewegen, waardoor een omgekeerde actie ontstaat waarbij positief geladen deeltjes in de tegenovergestelde richting stromen. Met beide acties kan een gelijkstroom van elektriciteit worden benut door de elektromagnetische reactie.
Het fotovoltaïsche effect is essentieel voor een aantal processen in het moderne leven. Naast energiecreatie voor algemene doeleinden, zijn zonnecellen essentieel voor ruimtevaartuigen die worden gebruikt door NASA en andere ruimtevaartorganisaties. De principes van de technologie worden ook gebruikt in digitale camera's in de vorm van ladingsgekoppelde apparaten en in elektroscopen die statische elektriciteit identificeren.