Čo je to fotovoltaika?

Vyššie uvedená schéma znázorňuje činnosť základného fotovoltaického článku, nazývaného aj solárny článok. Solárne články sú vyrobené z rovnakých druhov polovodičových materiálov, ako je kremík, ktoré sa používajú v mikroelektronickom priemysle. Pre solárne články je tenký polovodičový plátok špeciálne upravený tak, aby vytvoril elektrické pole, kladné na jednej strane a záporné na druhej strane. Keď svetelná energia zasiahne solárny článok, elektróny sa uvoľnia z atómov v polovodičovom materiáli. Ak sú elektrické vodiče pripojené k kladnej a zápornej strane a tvoria elektrický obvod, elektróny môžu byť zachytené vo forme elektrického prúdu - teda elektriny. Táto elektrina sa potom môže použiť na napájanie záťaže, ako je svetlo alebo náradie.

Množstvo solárnych článkov navzájom elektricky spojených a namontovaných v nosnej konštrukcii alebo ráme sa nazýva fotovoltaický modul. Moduly sú navrhnuté tak, aby dodávali elektrinu pri určitom napätí, ako napríklad bežný 12 voltový systém. Produkovaný prúd je priamo závislý od toho, koľko svetla dopadá na modul.

Dnešné najbežnejšie fotovoltaické zariadenia používajú jediné spojenie alebo rozhranie na vytvorenie elektrického poľa v polovodiči, akým je napríklad fotovoltický článok. V jednoprechodovom FV článku môžu uvoľniť elektrón pre elektrický obvod len fotóny, ktorých energia je rovnaká alebo väčšia ako zakázaný pás materiálu článku. Inými slovami, fotovoltaická odozva jednoprechodových článkov je obmedzená na časť slnečného spektra, ktorého energia je nad zakázaným pásmom absorbujúceho materiálu a fotóny s nižšou energiou sa nepoužívajú.

Jedným zo spôsobov, ako obísť toto obmedzenie, je použitie dvoch (alebo viacerých) rôznych článkov s viac ako jedným pásmovým rozdielom a viac ako jedným prechodom na generovanie napätia. Tieto sa označujú ako „multijunction“ bunky (tiež nazývané „kaskádové“ alebo „tandemové“ bunky). Multijunction zariadenia môžu dosiahnuť vyššiu celkovú účinnosť premeny, pretože dokážu premeniť väčšiu časť energetického spektra svetla na elektrinu.

Ako je znázornené nižšie, zariadenie s viacerými spojmi je zväzok jednotlivých buniek s jedným spojom v zostupnom poradí podľa zakázaného pásma (napr.). Vrchná bunka zachytí vysokoenergetické fotóny a zvyšok fotónov odovzdá ďalej, aby ich absorbovali bunky s dolným pásmom.