celle solari funzionano sulla base delle proprietà dei materiali semiconduttori . Silicio e altri materiali semiconduttori hanno legami atomici molto stabili senza elettroni liberi . Ingegneri rendono questi composti impuri da loro drogaggio con quantità note di altri elementi . Queste impurità creano regioni del materiale con elettroni extra , chiamati materiale di tipo n , e le regioni con fori di elettroni , chiamati materiale di tipo p . Quando questi due materiali sono messi insieme , una regione di confine chiamata si forma a giunzione pn . La giunzione pn mantiene portatori di carica di muoversi verso l'altro materiale. Quando una quantità adeguata di alimentazione esterna viene applicata alla giunzione , tuttavia , il semiconduttore comincia a condurre elettricità . In una cella solare , i fotoni dalla luce eccitare le particelle nella giunzione pn , consentendo un flusso di corrente attraverso la cella .
Lunghezza d'onda ed energia
Non tutta la luce ha la stessa quantità di energia . L'energia di fotoni viene misurata in elettronvolt , eV o , che è la quantità di energia che un elettrone ha quando si muove in un campo elettrico di un volt . Per generare una corrente in una cella solare in silicio , un fotone deve avere almeno 1,12 eV di energia . Questa energia eccitare un elettrone in un atomo di silicio , creando più portatori di carica nel semiconduttore . Fotoni di uno stato energetico superiore 1.12 eV saranno eccitare gli elettroni , ma il resto della energia riscalda la cella solare . Allo stesso modo , i fotoni con meno di 1.12 eV di energia sarà solo scaldare la cella . La lunghezza d'onda di luce che ha l'energia ideale è nello spettro infrarosso . Più lunghe lunghezze d'onda della luce non hanno energia sufficiente per eccitare gli elettroni di silicio .
Incandescenza lampadine vs. Luce solare
Sia il sole e lampadine a incandescenza emettono fotoni con energia sufficiente per creare corrente in una cella solare . La temperatura delle lampade sia il sole e ad incandescenza è direttamente correlata alla sua potenza emessa a varie lunghezze d'onda . Il sole , a quasi 6.000 gradi Kelvin ( circa 10.340 gradi Fahrenheit ) , emette la maggior parte della sua potenza nello spettro della luce visibile . La luce media raggiunge l'atmosfera terrestre dal sole ha una potenza di circa 1.360 watt per metro quadrato . Al contrario , la maggior parte delle lampadine a incandescenza emettono luce dell'ordine di 40 a 100 watt . I filamenti delle lampadine a incandescenza irradiano a circa 3.000 gradi Kelvin (circa 4.940 gradi Fahrenheit) e anche emettono la maggior parte del loro potere nello spettro della luce visibile . La differenza di potenza significa che ci sono meno fotoni emessi da una lampadina a incandescenza che sono disponibili alla luce del sole .
Svantaggi nell'uso di luce incandescente
Oltre alla potenza drastica differenze tra la luce solare e la luce ad incandescenza , lampade a incandescenza consumano anche il potere di utilizzare . A meno che il bulbo viene già utilizzato per qualcos'altro - illuminazione della stanza , per esempio - la ricarica di una batteria solare sarebbe altamente inefficiente . Se si dovesse utilizzare una lampadina a incandescenza per alimentare la stessa cella solare da cui trae potere, il circuito sarebbe poi perdere il potere ha bisogno per funzionare .