Fotovoltaïsch

Betekenis

Fotovoltaïsch beschrijft het proces waarbij lichtfotonen worden geabsorbeerd door bepaalde materialen en zo elektronen vrijkomen; deze vrijgekomen elektronen kunnen bewegen en een elektrische stroom vormen. Dit fotovoltaïsch effect vereist dat een foton voldoende energie heeft om een elektron uit zijn atomaire binding te bevrijden.

Toepassing

De fotovoltaïsche werking wordt toegepast voor de productie van elektriciteit uit zonlicht.

• In PV-cellen en PV-panelen (zonnepanelen) voor het opwekken van elektrische stroom.
• In halfgeleideropstellingen met n- en p-lagen die een intern elektrisch veld vormen.
• Bij systemen waar een aangesloten elektrische belasting de vrije elektronen laat circuleren.

Aandachtspunten

• Bandgap: alleen fotonen met energie gelijk aan of groter dan de bandgap kunnen elektronen vrijmaken.
• Energieverlies: fotonenergie die boven de bandgap uitgaat wordt omgezet in warmte of komt aan de achterzijde van het paneel als licht vrij.
• Celontwerp: cellen moeten zo worden ontworpen dat een maximale hoeveelheid photon-energie benut wordt.
• Scheiding van ladingsdragers: het interne elektrische veld in n- en p-lagen moet elektronen en gaten effectief scheiden om spanning te genereren.

Werking / principe

PV-cellen bestaan uit dunne plaatjes halfgeleidermateriaal die elektrisch met elkaar verbonden zijn. Wanneer zonlicht op een cel valt, kunnen alleen fotonen met ten minste de energie van de bandgap in het halfgeleidermateriaal elektronen vrijmaken. In een zonnecel (bijvoorbeeld n- en p-silicium) ontstaan door de opbouw van n- en p-lagen een intern elektrisch veld dat de vrijgekomen elektronen en gaten van elkaar scheidt. Als de cel is aangesloten op een elektrische belasting, bewegen de gescheiden ladingsdragers via de elektroden en ontstaat er een bruikbare elektrische stroom en een spanningsverschil tussen de elektroden.

Materialen / uitvoeringsvormen

• Halfgeleidermaterialen: materialen met een vaste bandgap die geschikt zijn om fotonen te absorberen en elektronen vrij te maken.
• Siliciumopbouw: veel PV-cellen maken gebruik van n- en p-siliciumlagen; de bandgap verschilt per materiaal en bepaalt welke fotonen bruikbaar zijn.

Terminologie

• Afkorting: PV.
• Engels: photovoltaic.