Слънчевите панели, известни също като "слънчеви чипове" или "фотоклетки" и "слънчеви клетки", са фотоелектрични полупроводникови листове, които използват слънчева светлина за директно генериране на електричество. Устройство, което директно преобразува енергията на слънчевата светлина в електрическа чрез фотоелектричен ефект или фотохимичен ефект. Във физиката се нарича фотоволтаичен (Photovoltaic, съкратено PV) или накратко фотоволтаичен. Единичните слънчеви клетки не могат да се използват директно като източници на енергия. За да се използват като източник на енергия, няколко единични слънчеви клетки трябва да бъдат свързани последователно и паралелно и плътно затворени в компоненти. Принципът му на работа е просто, че слънчевите панели абсорбират слънчевата светлина през деня и я преобразуват в електрическа енергия и я съхраняват в батерията, а батерията захранва уличното осветление на слънчевата енергия през нощта. И така, защо слънчевите панели произвеждат електричество при слънчеви условия?
Слънчевите панели обикновено използват устройства, които реагират на светлина и могат да преобразуват енергията на слънчевата светлина в електричество. Най-разпространеният материал е силиций, който е един от най-разпространените материали на земята. Той има полупроводникови характеристики, които полагат основата на процеса на фотоелектрическо преобразуване на слънчевите панели.
Но първото нещо, което трябва да разберете, е, че проводимостта на чистия силиций е много лоша и няма електрони, които могат да се движат свободно в кристалната структура. За да се подобри проводимостта му, чистият силиций обикновено се легира със следи от примеси, за да се подобри проводимостта му. Според тази характеристика могат да се изработят различни проводими устройства.
За силиция, използван за направата на слънчеви панели от слънчева енергия улично осветление, обикновено се добавя фосфор или бор. Когато се добави бор, силициевият кристал ще образува дупка. Тъй като оригиналният силициев атом е заобиколен от 4 електрона, а атомът на бора е заобиколен от само 3 електрона, дупки също ще се генерират, когато се легира в оригиналната кристална структура. Без електрони тази дупка е много нестабилна и лесно абсорбира други електрони, за да образува полупроводник от Р-тип.
Когато фосфорните примеси се легират в силициеви кристали, тъй като около атомите на фосфора има 5 електрона, допълнителният електрон ще бъде много активен, образувайки полупроводник от N-тип. В полупроводниците P-тип има много дупки, а в полупроводниците от N-тип има много активни свободни електрони. Когато двата контакта се свържат, тези свободни електрони ще намерят дупки и ще ги запълнят. Контактната повърхност между двете ще образува потенциална разлика, тоест PN преход. Страната от P-тип е положително и отрицателно заредена, а страната от N-тип е положително заредена.
Когато се получи светлина, енергията, съдържаща се в светлината, ще бъде прехвърлена към полупроводника. Тази енергия ще разхлаби структурата на електроните и ще се движи свободно. Това е така, защото енергията на слънчевата светлина ще раздели електроните и дупките. При нормални обстоятелства фотон с определена енергия ще освободи електрон, който просто образува свободна дупка. Ако това се случи точно близо до контактната повърхност и когато бъдат привлечени от вграденото електрическо поле, електроните ще влязат в n зоната, а дупките ще влязат в P зоната, образувайки ток от зоната N-тип към P- тип зона. Оформя се електроцентралата на батерията. Електричеството се образува от напрежение, което се използва за зареждане.
Трябва обаче да се отбележи, че полупроводниците не са добри проводници на електричество и електроните преминават през PN прехода и след това протичат в полупроводника, което ще причини много загуби. Следователно горният слой обикновено е покрит с метал. Въпреки това, ако е напълно боядисан, това ще доведе до невъзможност за преминаване на слънчевата светлина. При нормални обстоятелства се използва метална решетка за покриване на PN кръстовището. Друго нещо, което трябва да се отбележи, е, че повърхността на силиция е силно отразяваща. Ако не се лекува, ще се отрази голямо количество слънчева светлина. За да разреши този проблем, производителят на уличното осветление за слънчева енергия обикновено добавя слой защитен филм с нисък коефициент на отражение върху слънчевия панел. Загубата, причинена от отражение, ще бъде контролирана в рамките на 5 процента.
