|
בסוף המאה ה-19 נבנה התא הפוטו-וולטאי הראשון,
שהיה מורכב מסלניום מוזהב. בשנות ה-50 של המאה הקודמת נבנה הלוח הפוטו-וולטאי עשוי
סיליקון הראשון בעולם על ידי חברת "בל". פעולתו של התא הסולארי מבוססת
על "האפקט הפוטו-וולטאי", שהתגלה
באמצע המאה ה-19 על ידי אלכסנדר אדמונד ברקל, המדען הצרפתי.
תא סולארי מודרני הוא למעשה דיודה שמפיקה זרם
חשמלי בעת ספיגת קרינה אלקטרומגנטית.
במקרה הקלאסי, הדיודה מורכבת משתי שכבות של
מוליכים למחצה,
שכבה אחת מכילה חומרים מימין
לסיליקון בטבלה המחזורית(חומרי אילוח מסוג N ), שנוטים לתת את
האלקטרונים העודפים. השכבה השנייה מכילה חומרים משמאל לסיליקון בטבלה המחזורית
(חומרי אילוח מסוג P ), שהם בעלי פחות אלקטרונים מאשר הסיליקון עצמו
ונוטים לקחת אלקטרונים מאטומים אחרים, ועל הדרך ליצור "חור אלקטרוני"
באטום ממנו באו.
חיבור שני המוליכים למחצה
הנ"ל יוצר צומת ( PN ) בין האזורים שעזבו האלקטרונים ובאזורים
שהתמלאו בהם החורים, ובעצם נוצר שדה חשמלי.
כאשר פוטון (חלקיק האחראי על
הקרינה האלקטרומגנטית) פוגע באזור השדה החשמלי, הוא מנתק אלקטרון מאטום הסיליקון
ויוצר זוג של אלקטרון חופשי וחור. השדה החשמלי מפריד בין האלקטרון לחור ומוביל את
האלקטרון לצד N ואת החור לצד P
ובעצם יוצר זרם של אלקטרון אחד.
כאשר גלי קרינה אלקטרומגנטית באורך המתאים
נקלטים בשכבה העליונה, חלק מהאלקטרונים שבה משתחררים ממשיכת הגרעין והופכים
לאלקטרונים חופשיים. המשיכה החזקה של השכבה התחתונה גורמת לאלקטרונים שהשתחררו
לנוע מהשכבה העליונה דרך המוליך אל השכבה התחתונה. הדבר יוצר קטיונים (יונים
חיוביים) של ארסן בשכבה העליונה, ואניונים (יונים שליליים) של בורון בשכבה
התחתונה.
מה שנוצר למעשה הוא משיכה בין היונים ובעקבות
כך מסירת אלקטרונים מהשכבה התחתונה אל העליונה. מעגל זה יימשך כל עוד יהיה מקור
קרינה זמין (אור השמש למשל).
פגיעה שוטפת של פוטונים תיצור זרימה מרובה של
אלקטרונים, מה שנקרא זרם חשמלי וזהו הבסיס לפעולת התא והפקת אנרגיה
סולארית. |