Так функціонують сонячні батареї

Пояснити звичайній людині, як функціонують сонячні батареї, в більшості випадків невдячна праця. Тим не менше, про те що це в принципі можливо загальнодоступно пояснити, каже ця стаття.
Механізм функціонування Сонячної батареї досить складний, для повного його розуміння, необхідні глибокі пізнання у фізиці.

Приклад роботи сонячної батареї

Тут є два паралельних рівня (пластини). Другий рівень знаходиться трохи вище, ніж перший. Перший рівень складається з незліченної безлічі невеликих отворів, які наповнені водою. Вода в них не може сама по собі рухатися. Для того щоб вода потрапила на другий рівень уявімо собі, що хтось кидає маленькі гумові кульки (сонячні частинки) з цього першого рівня. Вода в цьому випадку починає розбризкуватися і потрапляє при цьому на другий рівень. Другий рівень, це просто гладка поверхня, завдання якої не утримувати воду, а збирати її і давати стікати до жолобу який збирає воду. З цього жолобу, вода стікає по трубці назад на перший рівень. Але при цьому, вода, стікаючи приводить в рух невелике колесо, яке приєднане до електрогенератора. Вода, потрапляючи на нижній рівень, назад заповнює отвори і з новими гумовими кульками процес повторюється знову і знову.

На щастя, ми не хочемо з допомогою Сонячної батареї здійснити кругообіг води в природі, нам потрібно отримати електрику для живлення електроприладів. Електрику можна отримати з допомогою потоку негативних частинок, так званих електронів. Їх принцип дії схожий на дію води з прикладу вище. Сонячні панелі відповідно потребують матеріалу, який складається з двох рівнів: один рівень в якому електрони як і вода б знаходилися і другий рівень, де електрони мали б можливість вільно переміщатися. Напівпровідники зазвичай мають необхідні властивості. Частинки світла, які у фізиці мають назву Фотони і відповідають показаним вище гумовим кулькам, можуть в цьому випадку електрони піднімати на другий рівень.

Для ідеального функціонування нашої моделі необхідний невеликий нахил поверхні, в іншому випадку вода не буде самостійно стікати в жолоб. Також справа йде і з напівпровідниками, де другий рівень теж повинен володіти невеликою ємністю для збору електронів в одному місці. Але на відміну від нашої простої моделі, для збору електронів використовується не земне тяжіння, а електричне поле. Це поле притягує на одну сторону негативно заряджені електрони. Щоб створити електричне поле, напівпровідник має бути додатково оброблений (легований) хімічними елементами: Бором, з одного боку, і Фосфором з іншого боку. Так як Бор і Фосфор володіють різною кількістю електронів, тим самим вони і утворюють необхідні ємності для збору часток. Перехід між ними називається місце зарядки. Тут виникає електричне поле, яке притягує електрони на одну сторону. При цьому вони віддають електрику.

По різному оброблені боки кремнієвого скла, називаються в середовищі фахівців n-легований і p-легований кремній. Між двома зонами знаходиться шар що заряджається. Світло у вигляді фотонів поділяє негативно заряджені частинки (електрони) і позитивно заряджені частинки (отвори) і сприяє тому, що електрони рухаються на другий рівень. На відміну від простої моделі, отвори тут теж рухливі. З допомогою середнього шару поділяються електрони і отвори. Тонкі контакти збирають електрони на передній стороні осередку. На жаль не всі заряджені частинки можуть вивільнити електрони. Наприклад, якщо заряд занадто малий, то електрон падає назад в отвір, а якщо занадто великий, то тільки його частина буде використана. Деякі фотони можуть також пройти не використані крізь сонячну батарею, інші ж будуть просто відбиті від зовнішньої поверхні.