سیستم یا سلول فتوولتائیک چیست؟

سیستم فتوولتائیک یا سلول های فتوولتائیک نور را به الکتریسیته تبدیل می کنند. فتوولتائیک از دو کلمه فوتو که در زبان یونانی به معنای نور میباشد و کلمه ولتائیک به معنای الکتریسیته از نام الكساندرو ولتا (۱۸۲۷- ۱۷۴۵) که از پیشگامان مطالعه الکتریسیته بوده، گرفته شده است. پس فتوولتائیک به معنای الکتریسیته نوری می باشد. این سلول ها به سلول های خورشیدی نیز معروف هستند و نقش مهمی را در زندگی ما ایفا می کنند. این سلولها ابتدا به طور عمده در فضا استفاده می شدند ولی استفاده از آنها روی زمین روز به روز معمول تر شده است.
امروزه این سلول ها همه جا به چشم می خورند. می توان این سلول ها را در ماشین حسابهای نوری و ساعت های مچی مشاهده کرد. سیستم های پیچیده تر می توانند برق مورد نیاز برای پمپ کردن آب، تجهیزات ارتباطاتی، روشنایی خانه ها و وسایل برقی را تأمین کنند. در این فصل به نحوه عملکرد این سلول ها می پردازیم و خواهیم دید که چگونه پدیده فتوولتائیک در بعضی مواد خاص الکتریسیته میشود.
سلول های فتوولتائیک از مواد خاصی موسوم به نیمه رساناها ساخته می شوند که در حال حاضر سیلیکون مهم ترین ماده مورد استفاده در این زمینه می باشد. ولی سعی بر این است که جایگزین های بهتری برای آن یافت شود. معیارهای اصلی برای انتخاب یک ماده فتوولتائیک عبارت است از:
1- از مواد در دسترس و غیرسمی باشد.
۲- شکاف باندی بین ۱/۱ تا ۱/۷ الكترون ولت داشته باشد.
3- ساختار باندی مستقیم داشته باشد.
۴- فرآیند ساخت آسان داشته باشد.
۵- راندمان فتوولتائیک بالایی داشته باشد.
۶- پایداری طویل المدت داشته باشد.
به طور ساده وقتی نور به سلول برخورد می کند مقداری از آن توسط ماده نیمه رسانا جذب میشود. این بدان معنا است که انرژی نور جذب شده به نیمه رسانا منتقل شده است. این انرژی باعث آزاد شدن الكترونها و حرکت آزادانه آنها میشود. همه سلول های فتوولتائیک دارای یک حوزه یا قسمت الکتریکی هستند که باعث می شود الکترونهایی که با جذب نور آزاد شده اند در جهت خاصی حرکت کنند. حرکت این الکترونها همان جریان الکتریسیته می باشد. با قرار دادن دو اتصال فلزی در بالا و پایین سلول و تشکیل یک مدار می توان این جریان را مورد استفاده قرار داد.
اتصال فلزی در بالای سلول باید به صورت مشبک باشد تا به نور اجازه عبور و جذب توسط سلول داده شود. جریان به وجود آمده می تواند توان مورد نیاز برای هر وسیله برقی را تأمین کند. در نتیجه به وجود آمدن حوزه الکتریکی اختلاف ولتاژی در سلول به وجود می آید که حاصل ضرب این اختلاف ولتاژ در جریان به وجود آمده، توان به دست آمده توسط سلول را مشخص می کند.