Hva er den fotovoltaiske effekten?

Den fotovoltaiske effekten er prosessen som elektrisk strøm i form av spenning blir til når elektromagnetisk stråling blir utsatt for et bestemt materiale. Ved bruk av solceller oppstår den fotovoltaiske effekten når veldig korte bølgelengder av sollys påvirker saken og elektroner blir begeistret. Den elektromagnetiske strålingen sendes ut fra solcellepanelet og samles opp av et annet materiale. Denne avstøtningen av elektronene resulterer i oppbygging av spenning og skaper energi som kan lagres i en battericelle for senere bruk. To elektroder brukes til å samle spenningen, som kan overføres til strømnettet.

Ulike typer elektromagnetisk stråling forårsaker forskjellige eksponeringsnivåer i solceller som følge av frekvens. Synlig lys skaper den fotovoltaiske effekten når det påvirker alkalimetaller, ultrafiolett lys skaper det i andre metaller, med ekstremt ultrafiolett lys som brukes til ikke-metaller. Dette konseptet ble først observert i 1902 av Philipp Eduard Anton von Lenard da han oppdaget at forskjellige lysfarger, også kjent som frekvens, avgir forskjellige nivåer av elektroner. Tidligere uttalte bølgeteorien om lys av James Clerk Maxwell at strålingsintensitet ville skape proporsjonal elektronenergi. Denne nye teorien forklarte at fotoner var ansvarlige for å skape elektronutkast og fungerte som individuelle partikler i stedet for konstante bølger.

Fysiker AE Becquerel anerkjente konseptet sollys i sollys i 1839, men hans forståelse var begrenset. I 1883 konstruerte Charles Fritts den første solcellen ved hjelp av en selen halvleder belagt i et tynt lag gull. Denne første bruken av en solcelle var bare en prosent effektiv. Det var først i 1954 at Bell Laboratories utviklet en praktisk måte å utnytte solenergi på.

Måten den solcelleeffekten utnyttes ved å bruke solceller er veldig grunnleggende. I hovedsak påvirker fotoner fra sollyset solcellepanelet og blir absorbert av materialet. De negativt ladede elektronene i materialet blir slått bort fra atomene, som deretter produserer strøm. Denne situasjonen styres ved å la elektronene bevege seg i bare en retning i panelet, forårsake en omvendt handling der positivt ladede partikler strømmer i motsatt retning. Når begge disse handlingene skjer, kan en likestrøm av elektrisitet utnyttes fra den elektromagnetiske reaksjonen.

Den fotovoltaiske effekten er avgjørende for en rekke prosesser i det moderne liv. I tillegg til å skape energi til generelle formål, er solceller essensielle for romfartøyer som brukes av NASA og andre romfartsorganer. Teknologiens prinsipper blir også brukt i digitale kameraer i form av ladekoblede enheter så vel som elektroskop som identifiserer statisk elektrisitet.