W ostatnich artykułach opisywałem różne materiały jakie znajdują się
w ogniwie fotowoltaicznym. Zdobyte informacje o materiałach takich jak krzem czy metale pozwolą na lepsze zrozumienie ich przeznaczenia w ogniwie fotowoltaicznym. Podsumowaniem tych informacji będzie artykuł poświęcony budowie ogniwa fotowoltaicznego. A więc zaczynamy! Ogniwo fotowoltaiczne składa się z kilku elementów, które można podzielić na trzy kategorie: część czynną, kontakty i część antyrefleksyjną. Taki podział pozwoli na dokładniejsze zobrazowanie budowy ogniwa. Zacznę od przybliżenia części czynnej ogniwa słonecznego.

Część czynna

Część czynna, a tak naprawdę serce ogniwa fotowoltaicznego wykonane jest z krzemu. W konstrukcji tego materiału znajdują się dwa półprzewodniki różniące się ilościami ładunków elektrycznych. Pierwszy
z nich to półprzewodnik typu N, który posiada więcej ładunków, natomiast drugi typ to półprzewodnik typu P posiadający w większości ładunki dodatnie (tzw. dziury). Półprzewodnik typu N znajduje się w górnej części ogniwa i jest on mniejszy od powierzchni jaką zajmuje półprzewodnik typu P. Taka dysproporcja ma swoje przyczyny w dotarciu do jak największej ilości światła złącza P-N. Nie może być ona zbyt cienka ani zbyt gruba, ponieważ wtedy nie wystąpi zjawisko fotowoltaiczne.

Wyżej wspomniałem kilka informacji o złączu P-N. Jest to najważniejszy element odpowiedzialny za zaistnienie efektu fotowoltaicznego. Złącze to znajduje się na połączeniu dwóch półprzewodników typu P i N.  Jednak więcej na ten temat zostanie przedstawione w artykule poświęconym zasadzie działania ogniwa fotowoltaicznego.

Schemat części aktywnej ogniwa fotowoltaicznego.
Schemat części aktywnej ogniwa fotowoltaicznego.

Kontakty

Kolejnym elementem istotnym w budowie ogniwa są kontakty. Częściowo opisałem je w artykule „Kontakty, czyli metale w ogniwie fotowoltaicznym”, dlatego akapit ten będzie bardziej w formie przypomnienia. Kontakty wykonane są ze srebra i aluminium. Górny kontakt pełni dwie funkcje.
Z jednej strony zbiera ładunki elektryczne wytrącone z części aktywnej ogniwa, a  z drugiej jego kształt umożliwia w możliwy, najmniejszy sposób zasłonięcie części czynnej. Kontakt dolny również zbiera ładunki elektryczne oraz pełni funkcje lusterka, obijając długości fali przechodzące przez całą część czynną ogniwa.

Schemat kontaktów ogniwa fotowoltaicznego
Schemat kontaktów ogniwa fotowoltaicznego

Warstwa antyrefleksyjna

Ostatnia część w budowie ogniwa fotowoltaicznego to warstwa antyrefleksyjna. To cienka warstwa tlenku krzemu. Wykonana jest ona na powierzchni krzemu w procesie utleniania. Pełni ona funkcje antyrefleksyjną tzn. nie pozwala na odbicie światła słonecznego od powierzchni krzemu. Jest to ważna funkcja, ponieważ wierzchnia część krzemu jest gładka i bardzo dobrze odbija promienie słoneczne. Właśnie dlatego warstwa tlenku krzemu jest nam tak bardzo potrzebna. Drugą ważną rolą tej warstwy jest zabezpieczenie krzemu przed utlenianiem. Krzem z czasem utlenia się i jego właściwości elektryczne pogarszają się. Wytworzona warstwa tlenku krzemu spowalnia ten proces a dzięki temu ogniwo dłużej utrzymuje swoje parametry elektryczne.

Krzem monokrystaliczny z warstwą  tlenku krzemu.
Krzem monokrystaliczny z warstwą  tlenku krzemu.

Znamy już wszystkie elementy wchodzące w skład ogniwa fotowoltaicznego. Teraz możemy to wszystko połączyć ze sobą i stworzyć schemat budowy ogniwa fotowoltaicznego. Zacznijmy od krzemu, w którym znajdują dwa półprzewodniki typu N i P. Na górze znajduje się kontakt górny oraz warstwa tlenku krzemu. Od spodu jest kontakt dolny wraz z warstwą aluminium. W taki sposób zbudowane jest ogniwo fotowoltaiczne. Wydaje się proste, prawda? 🙂

Schemat budowy ogniwa fotowoltaicznego
Schemat budowy ogniwa fotowoltaicznego[1]

Podsumowując, wiemy już jak działa słońce i jak powstaje efekt fotowoltaiczny. Również znamy budowę i materiały tworzące ogniwo fotowoltaiczne. To bardzo dużo informacji, ale niezwykle ważnych
i potrzebnych nam, aby zrozumieć zasady działania ogniwa fotowoltaicznego, które opiszę w kolejnym artykule. Serdecznie zapraszam.

[1] https://www.inteligentnybudynek.eu/panele-fotowoltaiczne-szyte-na-miare-kompleksowe-rozwiazania-dla-zakladow-produkcyjnych/